這篇要來聊聊 Kotlin 的特性，在細數 Kotlin 有哪些特性之前，先來了解一下什麼是 Kotlin，他跟 Java 有哪些的不同呢？以下如有解釋不清或是描述有誤的地方還請大家多多指教：

什麼？

| A modern programming language that makes developers happier.

來自官網上的標語，我們就來了解一下為什麼吧！Kotlin 是由 JetBrains 所開發，在 JVM 上執行可與 Java 互相作用的靜態型別程式碼語言，他也可被編譯成 JavaScript 的原始碼。而官方列出了幾個 Kotlin 會被稱作 modern programming language 的原因 (語法簡潔、code safety、可與其他語言互相操作、開發跨平台可共用的程式碼)，說到這些不就代表 Kotlin 除了開發 Android 還能做更多嗎！

| Kotlin 能開發什麼？

來看看除了 Android 還能使用 Kotlin 開發什麼，文件上提供 5 種類別的教學，分別是：

• Backend app (server-side)
• Cross-plarform mobile app
• Frontend web app
• Android app
• Multiplatform library

而在 2017 年 Google I/O keynote 宣布 Kotlin 將視為 Android 優先開發語言。

| Kotlin 有什麼特性？

Kotlin 擁有 object-oriented 和 functional programming 結構，整合後發現以下幾個特點：

• 語法乾淨簡潔
• Null Safety
• Functional Programming
• Data Classes (Day 6)
• Extensions (Day 8)
• Operator Overloading
• Smart Casts
• Singleton
• Lambda expressions (Day 4)
• Range expressions
• Coroutines (Day 10)
• Primary constructors

如何？

| 特點要看 code 才知道

這邊會解釋這些特點會如何呈現，除了有標示天數的都會在這篇解說呦！

1. 語法乾淨簡潔

• Type Inference

var value: String = "This is an Example"
var valueChange = "This is another one"

• String Templates

val i = 10
print("i = $i") // prints "i = 10"

• New Instance

// Java
Profile profile = new Profile(...);
// Kotlin
var profile = Profile(...)

• Extends and implements

// Java
public class Profile extends School implements Work
// Kotlin
class Profile : School, Work 

• Switch Case

// Java
switch(expression) {
   case value :
      // do something
      break; 
   case value :
      // do something
      break; 
   default :
      // do something
}

// Kotlin
when(expression) {
    value1 -> // do something
    value2 -> // do something
    else -> // do something
}

2. Null Safety

Kotlin's type system is aimed at eliminating the danger of null references.
為了避免 NullPointerException 的發生，type system 區分了 nullable 和 non-null reference

// nullable reference
var english? = "abc"
english = null

// non-null reference
var number = "123"
number = null // compilation error

只有在以下的狀況會出現 NullPointerException ：

• 很明確的呼叫 throw NullPointerException()
• 使用 !! （表示這個參數一定為 non-null 狀態）
• 在初始化的時候資料不一致（在構造函數中未初始化參數因某種原因被傳遞或使用）

3. Functional Programming

函式程式設計簡稱 EP，是一種設計方法，先來講講 EP 會有以下幾個特性：

• 須符合 First-Class-Object (可以像變數依樣直接賦予值也可作為其它函式的輸入參數值)
• 高階函數 Higher-Order Functions （將函數類型作為參數或返回值）
• 純函數 Pure Functions （相同 input 都應回傳相同 output）

針對 EP 這邊有找到一篇文章的描述覺得蠻簡而易懂的：

函式就算定義為「高階函式」，也不一定就能稱為「函式程式設計」，符合函式程式設計有一定的要件，你還必須確保該函式要能「避免改變狀態」、「避免可變的資料」以及擁有「純函式」等特性。

那 Kotlin 的 Functional Programming 在哪邊呢？以下列幾個比較常見的 function：

// filter
val animals = listof("dog", "cat", "goose")
val dog = animals.filter { it == "dog" } // get dog string

// map or flatMap
val number = listof(1, 2, 3)
val double = number.map { it * 2 } // get [2, 4, 6] list

// sum
val number = listof(1, 2, 3)
val point = number.sum() // get 6

4. Operator Overloading

Kotlin 提供可以重新定義計算元的型態，這是什麼意思呢？來看看以下範例：

val a = 1
val b = 2
print(a.plus(b)) // get 3

// overloading example
class Point(val x: Int = 0, val y: Int = 10) {
    // overloading plus function
    operator fun plus(p: Point) : Point {
        return Point(x + p.x, y + p.y)
    }
}
...
val a = Point(3, 5)
val b = Point(-6, 8)
val sum = a + b
print("sum = ${sum.x}/${sum.y}") // get sum = -3/13

5. Smart Casts

在沒有給予明確的型態，在 compiler 時我們透過 is 來 check：

fun demo(x: Any) {
    if (x is String) {
        print(x.length) // x is automatically cast to String
    }
    // or
    if (x !is String) return
    print(x.length) // x is automatically cast to String
}

哪些情況下是不安全的寫法呢？

// the unsafe cast in Kotlin is done by the infix operator as
val x: String = y as String
// 這個型態為 non-null，萬一 y 為 null 就會有 exception，應該寫成 nullable
val x: String? = y as String?

6. Singleton

Singleton Pattern 是一種設計模式

Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.
- Design Patterns, Singleton Pattern

在 Kotlin 中要怎麼實現 Singleton 呢？不像 Java 有 static 來宣告靜態類別，Object 扮演個一個很重要的角色，Kotlin 提供了 Object 和 Companion Object 來實作 Singleton 的物件，Object 沒有 construct ，因為不應該在其他地方可以被創建出來。

• Object

object ProfileName {
    var name = "my name"
    fun ageCount() {
        ...
    }
}
...
ProfileName.name = "your name" 
print(ProfileName.name) // get your name

• Companion Object

// if only some parts of the class are static.
class Profile {
    companion object {
        var name = "my name"
        fun ageCount() {
            ...
        }
    }
}
...
Profile.name = "your name" 
print(Profile.name) // get your name

7. Range expressions

Kotlin 提供較方便的範圍表示式

// equivalent of 1 <= i && i <= 4
if (i in 1..4) print(i)

// print 1234
for (i in 1..4) print(i)

// print 4321
for (i in 4 downTo 1) print(i)

// to iterate over numbers with an arbitrary step, print 1357
for (i in 1..8 step 2) print(i)

// i in 1 until 10, excluding 10
for (i in 1 until 10)  print(i)

8. Primary Construct

主構造函數

A class in Kotlin can have a primary constructor and one or more secondary constructors.
The primary constructor is a part of the class header, and it goes after the class name and optional type parameters.

將變數定義在 header 裡，不包含任何 code， 透過 init {} 來初始化

class Person constructor(firstName: String) { /*...*/ }

// 如果主構造函數沒有任何 annotiotns 或修飾符，可以省略 constructor
class Person (firstName: String) { /*...*/ }

至於次構造函數的部分就必須定義在 class 中

class Person(val pets: MutableList<Pet> = mutableListOf())

class Pet {
    constructor(owner: Person) {
        owner.pets.add(this) // adds this pet to the list of its owner's pets
    }
}

// If the class has a primary constructor
// each secondary constructor needs to delegate to the primary constructor
class Person(val name: String) {
    val children: MutableList<Person> = mutableListOf()
    constructor(name: String, parent: Person) : this(name) {
        parent.children.add(this)
    }
}

Reference

The Kotlin Blog
Why Kotlin
12 Top Kotlin Features
Functional Programming
Functional Programming wiki
Official Kotlin
Operator Overloading Example
Kotlin Singleton
Object 與 Singleton