往期文章

《00. 写给 Java 开发者的 Kotlin 入坑指南》

《01. 从一个膜拜大神的 Demo 开始》

《02. 用 Kotlin 写 Gradle 脚本是一种什么体验？》

《03. Kotlin 编程的三重境界》

前言

1. 高阶函数有多重要？

高阶函数，在 Kotlin 里有着举足轻重的地位。它是 Kotlin 函数式编程的基石，它是各种框架的关键元素，比如：协程，Jetpack Compose，Gradle Kotlin DSL。高阶函数掌握好了，会让我们在读源码的时候“如虎添翼”。

本文将以尽可能简单的方式讲解 Kotlin 高阶函数，Lambda 表达式，以及函数类型。在本文的最后，我们将自己动手编写一个 HTML Kotlin DSL。

前期准备

• 将 Android Studio 版本升级到最新
• 将我们的 Demo 工程 clone 到本地，用 Android Studio 打开： github.com/chaxiu/Kotl…
• 切换到分支：chapter_04_lambda
• 强烈建议各位小伙伴跟着本文一起实战，实战才是本文的精髓

正文

1. 函数类型，高阶函数，Lambda，它们分别是什么？

1-1 函数类型(Function Type)是什么？

顾名思义：函数类型，就是函数的类型。

//         (Int,  Int) ->Float 
//           ↑      ↑      ↑
fun add(a: Int, b: Int): Float { return (a+b).toFloat() }
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将函数的参数类型和返回值类型抽象出来后，就得到了函数类型。(Int, Int) -> Float 就代表了参数类型是 两个 Int 返回值类型为 Float 的函数类型。

1-2 高阶函数是什么？

高阶函数是将函数用作参数或返回值的函数。

上面的话有点绕，直接看例子吧。如果将 Android 里点击事件的监听用 Kotlin 来实现，它就是一个典型的高阶函数。

//                      函数作为参数的高阶函数
//                              ↓
fun setOnClickListener(l: (View) -> Unit) { ... }
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1-3 Lambda 是什么？

Lambda 可以理解为函数的简写。

fun onClick(v: View): Unit { ... }
setOnClickListener(::onClick)

// 用 Lambda 表达式来替代函数引用
setOnClickListener({v: View -> ...})
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看到这，如果你没有疑惑，那恭喜你，这说明你的悟性很高，或者说你基础很好；如果你感觉有点懵，那也很正常，请看后面详细的解释。

2. 为什么要引入 Lambda 和 高阶函数？

刚接触到高阶函数和 Lambda 的时候，我就一直有个疑问：为什么要引入 Lambda 和 高阶函数？这个问题，官方文档里没有解答，因此我只能自己去寻找。

2-1 Lambda 和 高阶函数解决了什么问题？

这个问题站在语言的设计者角度会更明了，让我们看个实际的例子，这是 Android 中的 View 定义，我省略了大部分代码：

// View.java
private OnClickListener mOnClickListener;
private OnContextClickListener mOnContextClickListener;

// 监听手指点击事件
public void setOnClickListener(OnClickListener l) {
    mOnClickListener = l;
}

// 为传递这个点击事件，专门定义了一个接口
public interface OnClickListener {
    void onClick(View v);
}

// 监听鼠标点击事件
public void setOnContextClickListener(OnContextClickListener l) {
    getListenerInfo().mOnContextClickListener = l;
}

// 为传递这个鼠标点击事件，专门定义了一个接口
public interface OnContextClickListener {
    boolean onContextClick(View v);
}
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Android 中设置点击事件和鼠标点击事件，分别是这样写的：

// 设置手指点击事件
image.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        gotoPreview();
    }
});

// 设置鼠标点击事件
image.setOnContextClickListener(new View.OnContextClickListener() {
    @Override
    public void onContextClick(View v) {
        gotoPreview();
    }
});
复制代码

请问各位小伙伴有没有觉得这样的代码很啰嗦？

现在我们假装自己是语言设计者，让我们先看看上面的代码存在哪些问题：

• 定义方：每增加一个方法，就要新增一个接口：OnClickListener，OnContextClickListener
• 调用方：需要写一堆的匿名内部类，啰嗦，繁琐，毫无重点

仔细看上面的代码，开发者关心的其实只有一行代码：

gotoPreview();
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如果将其中的核心逻辑抽出来，这样子才是最简明的：

image.setOnClickListener { gotoPreview() }
image.setOnContextClickListener { gotoPreview() }
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Kotlin 语言的设计者是怎么做的？是这样：

• 用函数类型替代接口定义
• 用 Lambda 表达式作为函数参数

与上面 View.java 的等价 Kotlin 代码如下：

//View.kt
var mOnClickListener: ((View) -> Unit)? = null
var mOnContextClickListener: ((View) -> Unit)? = null

fun setOnClickListener(l: (View) -> Unit) {
    mOnClickListener = l;
}

fun setOnContextClickListener(l: (View) -> Unit) {
    mOnContextClickListener = l;
}
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以上做法有以下的好处：

• 定义方：减少了两个接口类的定义
• 调用方：代码更加简明

细心的小伙伴可能已经发现了一个问题：Android 并没有提供 View.java 的 Kotlin 实现，为什么我们 Demo 里面可以用 Lambda 来简化事件监听？

// 在实际开发中，我们经常使用这种简化方式
setOnClickListener { gotoPreview() }
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原因是这样的：由于 OnClickListener 符合 SAM 转换的要求，因此编译器自动帮我们做了一层转换，让我们可以用 Lambda 表达式来简化我们的函数调用。

那么，SAM 又是个什么鬼？

2-2 SAM 转换(Single Abstract Method Conversions)

SAM(Single Abstract Method)，顾名思义，就是：只有一个抽象方法的类或者接口，但在 Kotlin 和 Java8 里，SAM 代表着：只有一个抽象方法的接口。符合 SAM 要求的接口，编译器就能进行 SAM 转换：让我们可以用 Lambda 表达式来简写接口类的参数。

注：Java8 中的 SAM 有明确的名称叫做：函数式接口(FunctionalInterface)。

FunctionalInterface 的限制如下，缺一不可：

• 必须是接口，抽象类不行
• 该接口有且仅有一个抽象的方法，抽象方法个数必须是1，默认实现的方法可以有多个。

也就是说，对于 View.java 来说，它虽然是 Java 代码，但 Kotlin 编译器知道它的参数 OnClickListener 符合 SAM 转换的条件，所以会自动做以下转换：

转换前：

public void setOnClickListener(OnClickListener l)
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转换后：

fun setOnClickListener(l: (View) -> Unit)
// 实际上是这样：
fun setOnClickListener(l: ((View!) -> Unit)?)
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((View!) -> Unit)?代表，这个参数可能为空。

2-3 Lambda 表达式引发的8种写法

当 Lambda 表达式作为函数参数的时候，有些情形下是可以简写的，这时候可以让我们的代码看起来更简洁。然而，大部分初学者对此也比较头疼，同样的代码，能有 8 种不同的写法，确实也挺懵的。

要理解 Lambda 表达式的简写逻辑，其实很简单，那就是：多写。

各位小伙伴可以跟着我接下来的流程来一起写一写：

2-3-1 第1种写法

这是原始代码，它的本质是用 object 关键字定义了一个匿名内部类：

image.setOnClickListener(object: View.OnClickListener {
    override fun onClick(v: View?) {
        gotoPreview(v)
    }
})
复制代码

2-3-2 第2种写法

如果我们删掉 object 关键字，它就是 Lambda 表达式了，因此它里面 override 的方法也要跟着删掉：

image.setOnClickListener(View.OnClickListener { view: View? ->
    gotoPreview(view)
})
复制代码

上面的 View.OnClickListener 被称为： SAM Constructor—— SAM 构造器，它是编译器为我们生成的。Kotlin 允许我们通过这种方式来定义 Lambda 表达式。

思考题1：

这时候，View.OnClickListener {} 在语义上是 Lambda 表达式，但在语法层面还是匿名内部类。这句话对不对？

2-3-3 第3种写法

由于 Kotlin 的 Lambda 表达式是不需要 SAM Constructor的，所以它也可以被删掉。

image.setOnClickListener({ view: View? ->
    gotoPreview(view)
})
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2-3-4 第4种写法

由于 Kotlin 支持类型推导，所以 View? 可以被删掉：

image.setOnClickListener({ view ->
    gotoPreview(view)
})
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2-3-5 第5种写法

当 Kotlin Lambda 表达式只有一个参数的时候，它可以被写成 it。

image.setOnClickListener({ it ->
    gotoPreview(it)
})
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2-3-6 第6种写法

Kotlin Lambda 的 it 是可以被省略的。注意：虽然it被省略了，但我们还是可以继续用它，跟 this 的感觉有点像。

image.setOnClickListener({
    gotoPreview(it)
})
复制代码

2-3-7 第7种写法

当 Kotlin Lambda 作为函数的最后一个参数时，Lambda 可以被挪到外面：

image.setOnClickListener() {
    gotoPreview(it)
}
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2-3-8 第8种写法

当 Kotlin 只有一个 Lambda 作为函数参数时，() 可以被省略：

image.setOnClickListener {
    gotoPreview(it)
}
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按照这个流程，在 IDE 里多写几遍，你自然就会理解了。一定要写，看文章是记不住的。

2-4 函数类型，高阶函数，Lambda表达式三者之间的关系

• 将函数的参数类型和返回值类型抽象出来后，就得到了函数类型。(View) -> Unit 就代表了参数类型是 View 返回值类型为 Unit 的函数类型。
• 如果一个函数的参数或者返回值的类型是函数类型，那这个函数就是高阶函数。很明显，我们刚刚就写了一个高阶函数，只是它比较简单而已。
• Lambda 就是函数的一种简写

一张图看懂：函数类型，高阶函数，Lambda表达式三者之间的关系：

回过头再看官方文档提供的例子：

fun <T, R> Collection<T>.fold(
    initial: R, 
    combine: (acc: R, nextElement: T) -> R
): R {
    var accumulator: R = initial
    for (element: T in this) {
        accumulator = combine(accumulator, element)
    }
    return accumulator
}
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看看这个函数类型：(acc: R, nextElement: T) -> R，是不是瞬间就懂了呢？这个函数接收两个参数，第一个参数类型是R，第二个参数是T，函数的返回类型是R。当然，这里还用到了泛型，我们暂且不管，下一章节我们会讲 Kotlin 的泛型。

3. 带接收者(Receiver)的函数类型：A.(B，C) -> D

说实话，这个名字也对初学者不太友好：带接收者的函数类型(Function Types With Receiver)，这里面的每一个字(单词)我都认识，但单凭这么点信息，初学者真的很难理解它的本质。

还是绕不开一个问题：为什么？

3-1 为什么要引入：带接收者的函数类型？

我们在上一章节中提到过，用 apply 来简化逻辑，我们是这样写的：

修改前：

if (user != null) {
    ...
    username.text = user.name
    website.text = user.blog
    image.setOnClickListener { gotoImagePreviewActivity(user) }
}
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修改后：

user?.apply {
    ...
    username.text = name
    website.text = blog
    image.setOnClickListener { gotoImagePreviewActivity(this) }
}
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请问：这个 apply 方法应该怎么实现？

上面的写法其实是简化后的 Lambda 表达式，让我们来反推，看看它简化前是什么样的：

// apply 肯定是个函数，所以有 ()，只是被省略了
user?.apply() {
    ...
}

// Lambda 肯定是在 () 里面
user?.apply({ ... })

// 由于 gotoImagePreviewActivity(this) 里的 this 代表了 user
// 所以 user 应该是 Lambda 的参数，而且参数名为：this
user?.apply({ this: User -> ... })
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所以，现在问题非常明确了，apply 其实接收一个 Lambda 表达式：{ this: User -> ... }。让我们尝试来实现这个 apply 方法：

// 扩展函数
fun User.apply(block: (self: User) -> Unit): User{
    block(self)
    return this
}

user?.apply { self: User ->
    ...
    username.text = self.name
    website.text = self.blog
    image.setOnClickListener { gotoImagePreviewActivity(this) }
}
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由于 Kotlin 里面的函数形参是不允许被命名为 this 的，因此我这里用的 self，我们自己写出来的 apply 仍然还要通过 self.name 这样的方式来访问成员变量，但 Kotlin 的语言设计者能做到这样：

//                   改为 this
//                      ↓ 
fun User.apply(block: (this: User) -> Unit): User{
//    这里还要传参数
//         ↓ 
    block(this)
    return this
}

user?.apply { this: User ->
    ...
//               this 可以省略
//                   ↓ 
    username.text = this.name
    website.text = blog
    image.setOnClickListener { gotoImagePreviewActivity(this) }
}
复制代码

从上面的例子能看到，我们反推的 apply 实现比较繁琐，需要我们自己调用：block(this)，因此 Kotlin 引入了带接收者的函数类型，可以简化 apply 的定义：

//              带接收者的函数类型
//                     ↓  
fun User.apply(block: User.() -> Unit): User{
//  不用再传this
//       ↓ 
    block()
    return this
}

user?.apply { this: User ->
    ...
    username.text = this.name
    website.text = this.blog
    image.setOnClickListener { gotoImagePreviewActivity(this) }
}
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现在，关键来了。上面的 apply 方法是不是看起来就像是在 User 里增加了一个成员方法 apply()？

class User() {
    val name: String = ""
    val blog: String = ""
    
    fun apply() {
        // 成员方法可以通过 this 访问成员变量
        username.text = this.name
        website.text = this.blog
        image.setOnClickListener { gotoImagePreviewActivity(this) }
    }
}
复制代码

所以，从外表上看，带接收者的函数类型，就等价于成员方法。但从本质上讲，它仍是通过编译器注入 this 来实现的。

一张图总结：

思考题2:

带接收者的函数类型，是否也能代表扩展函数？

思考题3:

请问：A.(B，C) -> D 代表了一个什么样的函数？

4. HTML Kotlin DSL 实战

官方文档在高阶函数的章节里提到了：用高阶函数来实现 类型安全的 HTML 构建器。官方文档的例子比较复杂，让我们来写一个简化版的练练手吧。

4-1 效果展示：

val htmlContent = html {
    head {
        title { "Kotlin Jetpack In Action" }
    }
    body {
        h1 { "Kotlin Jetpack In Action"}
        p { "-----------------------------------------" }
        p { "A super-simple project demonstrating how to use Kotlin and Jetpack step by step." }
        p { "-----------------------------------------" }
        p { "I made this project as simple as possible," +
                " so that we can focus on how to use Kotlin and Jetpack" +
                " rather than understanding business logic." }
        p {"We will rewrite it from \"Java + MVC\" to" +
                " \"Kotlin + Coroutines + Jetpack + Clean MVVM\"," +
                " line by line, commit by commit."}
        p { "-----------------------------------------" }
        p { "ScreenShot:" }
        img(src = "https://user-gold-cdn.xitu.io/2020/6/15/172b55ce7bf25419?imageslim",
         alt = "Kotlin Jetpack In Action")
    }
}.toString()

println(htmlContent)
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以上代码输出的内容是这样的：

<html>
  <head>
    <title>
      Kotlin Jetpack In Action
    </title>
  </head>
  <body>
    <h1>
      Kotlin Jetpack In Action
    </h1>
    <p>
      -----------------------------------------
    </p>
    <p>
      A super-simple project demonstrating how to use Kotlin and Jetpack step by step.
    </p>
    <p>
      -----------------------------------------
    </p>
    <p>
      I made this project as simple as possible, so that we can focus on how to use Kotlin and Jetpack rather than understanding business logic.
    </p>
    <p>
      We will rewrite it from "Java + MVC" to "Kotlin + Coroutines + Jetpack + Clean MVVM", line by line, commit by commit.
    </p>
    <p>
      -----------------------------------------
    </p>
    <p>
      ScreenShot:
    </p>
    <img src="https://user-gold-cdn.xitu.io/2020/6/15/172b55ce7bf25419?imageslim" alt="Kotlin Jetpack In Action" /img>
  </body>
</html>
复制代码

4-2 HTML Kotlin DSL 实现

4-2-1 定义节点元素的接口

interface Element {
    // 每个节点都需要实现 render 方法
    fun render(builder: StringBuilder, indent: String): String
}
复制代码

所有的 HTML 节点都要实现 Element 接口，并且在 render 方法里实现 HTML 代码的拼接：<title> Kotlin Jetpack In Action </title>

4-2-2 定义基础类

/**
 * 每个节点都有 name，content: <title> Kotlin Jetpack In Action </title>
 */
open class BaseElement(val name: String, val content: String = "") : Element {
    // 每个节点，都会有很多子节点
    val children = ArrayList<Element>()
    // 存放节点参数：<img src= "" alt=""/>，里面的 src，alt
    val hashMap = HashMap<String, String>()
    
    /**
     * 拼接 Html: <title> Kotlin Jetpack In Action </title>
     */
    override fun render(builder: StringBuilder, indent: String): String {
        builder.append("$indent<$name>\n")
        if (content.isNotBlank()) {
            builder.append("  $indent$content\n")
        }
        children.forEach {
            it.render(builder, "$indent  ")
        }
        builder.append("$indent</$name>\n")
        return builder.toString()
    }
}
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4-2-3 定义各个子节点：

// 这是 HTML 最外层的标签: <html>
class HTML : BaseElement("html") {
    fun head(block: Head.() -> Unit): Head {
        val head = Head()
        head.block()
        this.children += head
        return head
    }

    fun body(block: Body.() -> Unit): Body {
        val body = Body()
        body.block()
        this.children += body
        return body
    }
}

// 接着是 <head> 标签
class Head : BaseElement("head") {
    fun title(block: () -> String): Title {
        val content = block()
        val title = Title(content)
        this.children += title
        return title
    }
}

// 这是 Head 里面的 title 标签 <title>
class Title(content: String) : BaseElement("title", content)

// 然后是 <body> 标签
class Body : BaseElement("body") {
    fun h1(block: () -> String): H1 {
        val content = block()
        val h1 = H1(content)
        this.children += h1
        return h1
    }

    fun p(block: () -> String): P {
        val content = block()
        val p = P(content)
        this.children += p
        return p
    }

    fun img(src: String, alt: String): IMG {
        val img = IMG().apply {
            this.src = src
            this.alt = alt
        }

        this.children += img
        return img
    }
}

// 剩下的都是 body 里面的标签
class P(content: String) : BaseElement("p", content)
class H1(content: String) : BaseElement("h1", content)

class IMG : BaseElement("img") {
    var src: String
        get() = hashMap["src"]!!
        set(value) {
            hashMap["src"] = value
        }

    var alt: String
        get() = hashMap["alt"]!!
        set(value) {
            hashMap["alt"] = value
        }
    
    // 拼接 <img> 标签
    override fun render(builder: StringBuilder, indent: String): String {
        builder.append("$indent<$name")
        builder.append(renderAttributes())
        builder.append(" /$name>\n")
        return builder.toString()
    }

    private fun renderAttributes(): String {
        val builder = StringBuilder()
        for ((attr, value) in hashMap) {
            builder.append(" $attr=\"$value\"")
        }
        return builder.toString()
    }
}

复制代码

4-2-4 定义输出 HTML 代码的方法

fun html(block: HTML.() -> Unit): HTML {
    val html = HTML()
    html.block()
    return html
}
复制代码

4-3 HTML 代码展示

class WebActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_web)

        val myWebView: WebView = findViewById(R.id.webview)
        myWebView.loadDataWithBaseURL(null, getHtmlStr(), "text/html", "UTF-8", null);
    }

    private fun getHtmlStr(): String {
        return html {
            head {
                title { "Kotlin Jetpack In Action" }
            }
            body {
                h1 { "Kotlin Jetpack In Action"}
                p { "-----------------------------------------" }
                p { "A super-simple project demonstrating how to use Kotlin and Jetpack step by step." }
                p { "-----------------------------------------" }
                p { "I made this project as simple as possible," +
                        " so that we can focus on how to use Kotlin and Jetpack" +
                        " rather than understanding business logic." }
                p {"We will rewrite it from \"Java + MVC\" to" +
                        " \"Kotlin + Coroutines + Jetpack + Clean MVVM\"," +
                        " line by line, commit by commit."}
                p { "-----------------------------------------" }
                p { "ScreenShot:" }
                img(src = "https://user-gold-cdn.xitu.io/2020/6/15/172b55ce7bf25419?imageslim", alt = "Kotlin Jetpack In Action")
            }
        }.toString()
    }
}
复制代码

4-4 展示效果：

以上修改的具体细节可以看我这个 GitHub Commit。

4-5 HTML DSL 的优势

• 类型安全
• 支持自动补全
• 支持错误提示
• 节省代码量，提高开发效率

4-6 小结

• 以上 DSL 代码单纯的看是很难看懂的，一定要去 GitHub clone 代码下来一步步调试
• 这个案例里充斥着高阶函数的运用，对理解高阶函数很有帮助
• 这个案例并不完整，还有很多 HTML 特性没有实现，感兴趣的小伙伴可以完善试试
• 在这个案例里，我尽量在克制其他 Kotlin 特性的使用，比如泛型。如果用上泛型，代码会更简洁，感兴趣的小伙伴也可以试试，下一章我们也会讲泛型，到时候再来优化

5 总结

• 本文并未覆盖高阶函数所有内容，但最关键，最难懂的部分已经讲解清楚了。小伙伴们看完本文后再去看官方文档会轻松不少
• 再啰嗦一遍：看再多的教程，都不如亲自写几行代码，快来实战吧：github.com/chaxiu/Kotl…

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