Java String 對 null 對象的容錯處理

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Java String 對 null 對象的容錯處理

前言

最近在讀《Thinking in Java》,看到這樣一段話:

Primitives that are fields in a class are automatically initialized to zero, as noted in the Everything Is an Object chapter. But the object references are initialized to null, and if you try to call methods for any of them, you』ll get an exception-a runtime error. Conveniently, you can still print a null reference without throwing an exception.

大意是:原生類型會被自動初始化為 0,但是對象引用會被初始化為 null,如果你嘗試調用該對象的方法,就會拋出空指針異常。通常,你可以打印一個 null 對象而不會拋出異常。

第一句相信大家都會容易理解,這是類型初始化的基礎知識,但是第二句就讓我很疑惑:為什麼打印一個 null 對象不會拋出異常?帶着這個疑問,我開始了解惑之旅。下面我將詳細闡述我解決這個問題的思路,並且深入 JDK 源碼找到問題的答案。

解決問題的過程

可以發現,其實這個問題有幾種情況,所以我們分類討論各種情況,看最後能不能得到答案。

首先,我們把這個問題分解為三個小問題,逐一解決。

第一個問題

直接打印 null 的 String 對象,會得到什麼結果?

String s = null;
System.out.print(s);

運行的結果是

null

果然如書上說的沒有拋出異常,而是打印了 null 。顯然問題的線索在於 print 函數的源碼中。我們找到 print 的源碼:

public void print(String s) {
    if (s == null) {
        s = "null";
    }
    write(s);
}

看到源碼才發現原來就只是加了一句判斷而已,簡單粗暴,可能你對 JDK 的簡單實現有點失望了。放心,第一個問題只是開胃菜而已,大餐還在後面。

第二個問題

打印一個 null 的非 String 對象,例如說 Integer:

Integer i = null;
System.out.print(i);

運行的結果不出意料:

null

我們再去看看 print 的源碼:

public void print(Object obj) {
    write(String.valueOf(obj));
}

有點不一樣的了,看來秘密藏在 valueOf 裏面。

public static String valueOf(Object obj) {
    return (obj == null) ? "null" : obj.toString();
}

看到這裡,我們終於發現了打印 null 對象不會拋出異常的秘密。 print 方法對 String 對象和非 String 對象分開進行處理。

  1. String 對象 :直接判斷是否為 null,如果為 null 給 null 對象賦值為 "null"
  2. 非 String 對象 :通過調用 String.valueOf 方法,如果是 null 對象,就返回 "null" ,否則調用對象的 toString 方法。

通過上面的處理,可以保證打印 null 對象不會出錯。

到這裡,本文就應該結束了。

什麼?說好的大餐呢?上面還不夠塞牙縫呢。

開玩笑啦。下面我們來探討第三個問題。

第三個問題(隱藏的大餐)

null 對象與字符串拼接會得到什麼結果?

String s = null;
s = s + "!";
System.out.print(s);

結果可能你也猜到了:

null!

為什麼呢?跟蹤代碼運行可以發現,這回跟 print 沒有什麼關係。但是上面的代碼就調用了 print 函數,不是它會是誰呢? + 的嫌疑最大,但是 + 又不是函數,我們怎麼看到它的源代碼?這種情況,唯一的解釋就是編譯器動了手腳,天網恢恢,疏而不漏,找不到源代碼,我們可以去看看編譯器生成的位元組碼。

L0
    LINENUMBER 27 L0
    ACONST_NULL
    ASTORE 1
   L1
    LINENUMBER 28 L1
    NEW java/lang/StringBuilder
    DUP
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder. ()V
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC "!"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    ASTORE 1
   L2
    LINENUMBER 29 L2
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.print (Ljava/lang/String;)V

看了上面的位元組碼是不是一頭霧水?這裡我們就要扯開話題,來侃侃 + 字符串拼接的原理了。

編譯器對字符串相加會進行優化,首先實例化一個 StringBuilder ,然後把相加的字符串按順序 append ,最後調用 toString 返回一個 String 對象。不信你們看看上面的位元組碼是不是出現了 StringBuilder 。詳細的解釋參考這篇文章 Java細節:字符串的拼接

String s = "a" + "b";
//等價於
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("a");
sb.append("b");
String s = sb.toString();

再回到我們的問題,現在我們知道秘密在 StringBuilder.append 函數的源碼中。

//針對 String 對象
public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null)
        return appendNull();
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;
}
//針對非 String 對象
public AbstractStringBuilder append(Object obj) {
    return append(String.valueOf(obj));
}

private AbstractStringBuilder appendNull() {
    int c = count;
    ensureCapacityInternal(c + 4);
    final char[] value = this.value;
    value[c++] = 'n';
    value[c++] = 'u';
    value[c++] = 'l';
    value[c++] = 'l';
    count = c;
    return this;
}

現在我們恍然大悟, append 函數如果判斷對象為 null,就會調用 appendNull ,填充 "null"

總結

上面我們討論了三個問題,由此引出 Java 中 String 對 null 對象的容錯處理。上面的例子沒有覆蓋所有的處理情況,算是拋磚引玉。

如何讓程序中的 null 對象在我們的控制之中,是我們編程的時候需要時刻注意的事情。

原文 : ShareHub

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