为什么 Kotlin 有可变版本的集合？答案

【问题标题】：Why does Kotlin have Mutable versions of collections?为什么 Kotlin 有可变版本的集合？
【发布时间】：2020-11-30 10:25:20
【问题描述】：

我有一个关于 Kotlin 集合的一般性问题。

当我们有 val 与 var 的区别时，为什么会有这么多集合的可变版本（例如 MutableList）？

嗯....好吧...实际上，我知道val 与对象的“可变性”无关，而是与对象的“可重新初始化”有关。

但是这就提出了一个问题....为什么MutableList 不是默认值？

【问题讨论】：

你读过documentation吗？原因之一是不可变列表是协变的，而可变列表不是。
可变集合允许您修改其中的内容。 var 允许您为变量分配不同的集合。可变性可用于帮助优化代码，因为它可以避免在您仅更改部分内容时重复复制列表的全部内容。或者您可能需要它进行一些递归操作。仅举几个例子。
@Pawel 为什么不创建一个协变的统一接口，但在add() 和remove() 等所有修改方法中都强制执行类型检查？所以，如果你尝试非法修改，你会得到null。
泛型提供编译时安全性，并且（至少在 JVM 上）可变/不可变变体均由本机集合实现支持。运行时检查（这会带来相当多的开销）是违反设计的，只是提出问题。

标签： kotlin language-design mutablelist

【解决方案1】：

来自 Kotlin 文档：

只读集合类型是协变的。这意味着，如果 Rectangle 类继承自 Shape，您可以在任何需要 List<Shape> 的地方使用 List<Rectangle>。换句话说，集合类型与元素类型具有相同的子类型关系。映射在值类型上是协变的，但在键类型上不是。

反过来，可变集合不是协变的；否则，这将导致运行时失败。如果 MutableList<Rectangle> 是 MutableList<Shape> 的子类型，您可以将其他 Shape 继承者（例如 Circle）插入其中，从而违反其 Rectangle 类型参数。

换句话说，如果它是不可变的，那么您就知道所有类型都是相同的。如果没有，您可能有不同的继承者。

【讨论】：

为什么不创建一个统一的接口，它是协变的，但在add() 和remove() 等所有修改方法中都强制执行类型检查？所以，如果你尝试非法修改，你会得到null。
我没有编写规范，但我猜这是权衡问题？每次添加或删除时，您都会添加类型检查。

【解决方案2】：

TL;DR

单独地，可变和不可变集合能够公开在单个界面中无法共存的有用功能：

可变集合可以从读取和写入。但 Kotlin 力求避免所有运行时故障，因此，这些可变集合是不变的。
不可变集合是协变的，但它们是……嗯……不可变的。尽管如此，Kotlin 确实提供了使用这些不可变集合做有用事情的机制（例如过滤值或从现有的不可变集合创建新的不可变集合）。您可以通过the long list of convenience functions for Kotlin's (immutable) List interface 获取示例。

Kotlin 中的不可变集合不能添加或删除元素；它们只能从中读取。但是这种明显的限制使得对不可变集合进行一些子类型化成为可能。来自 Kotlin 文档：

只读集合类型是协变的...集合类型与元素类型具有相同的子类型关系。

这意味着，如果 Rectangle 类是 Shape 类的子类，您可以在需要时将 List<Rectangle> 对象放入 List<Shape> 变量中：

fun stackShapes(val shapesList: List<Shape>) {
    ...
}

val rectangleList = listOf<Rectangle>(...)

// This is valid!
stackShapes(rectangleList)

另一方面，可变集合可以从读取和写入。正因为如此，它们不可能有子类型或超类型。来自 Kotlin 文档：

...可变集合不是协变的；否则，这将导致运行时失败。如果 MutableList<Rectangle> 是 MutableList<Shape> 的子类型，您可以将其他 Shape 继承者（例如 Circle）插入其中，从而违反其 Rectangle 类型参数。

val rectangleList = mutableListOf<Rectangle>(...);
val shapesList: MutableList<Shape> = rectangleList // MutableList<Rectangle>-type object in MutableList<Shape>-type variable

val circle = Circle(...)
val shape: Shape = circle // Circle-type object in Shape-type variable

// Runtime Error!
shapesList.add(shape) // You're actually trying to add a Circle to a MutableList<Rectangle>
// If rectanglesList couldn't be put into a variable with type MutableList<Shape> in the first place, you would never have run into this problem.

此时，您可能会想：“那又怎样？Kotlin 可以将类型检查添加到可变集合的所有写入方法......然后您可以允许它们是协变的，和你不需要单独的不可变集合！”

这是真的，只是它完全违背了 Kotlin 的核心哲学；尽可能避免nulls 和运行时错误。您会看到，每当类型检查失败时，此类 Collection 的方法都必须返回 null - 或引发异常。这只会在运行时变得明显，因为这可以通过简单地使可变集合保持不变来避免......这正是 Kotlin 所做的。

【讨论】：