Kotlin 入門教學

Kotlin 是什麼、可以拿來做什麼

Kotlin 是由 JetBrains 開發的靜態型別通用程式語言。它執行於 Java 虛擬機器（JVM），也可以編譯成 JavaScript、WebAssembly 與原生機器碼。Kotlin 與 Java 完全互通：Kotlin 檔案可以呼叫任何 Java 函式庫，Java 程式碼也能呼叫 Kotlin。

Google 自 2019 年起將 Kotlin 列為 Android 應用程式的首選語言，因此多數新的 Android 程式碼都是用 Kotlin 寫的。在伺服器端，它也常搭配 Spring Boot、Ktor 等框架使用；Kotlin Multiplatform 則讓團隊能在 Android、iOS、桌面與網頁之間共用商業邏輯。

安裝 Kotlin 並執行 Hello, world

最簡單的方式是使用內建 Kotlin 的 IntelliJ IDEA 或 Android Studio。若要在命令列使用，請安裝編譯器（例如透過 SDKMAN! 或 Homebrew）以及 Java 執行環境（JDK）。Kotlin 程式從頂層的 main 函式開始執行，不需要任何類別。

// hello.kt
fun main() {
    println("Hello, world!")
}

kotlinc hello.kt -include-runtime -d hello.jar
java -jar hello.jar
# Hello, world!

實際專案通常會使用 Gradle（搭配 Kotlin DSL）等建置工具。你也可以直接在線上的 Kotlin Playground 試寫程式，不必安裝任何東西。

變數與基本型別

用 val 宣告唯讀變數，用 var 宣告可變變數。編譯器會自動推斷型別，你也可以在冒號後面明確寫出。建議優先使用 val，程式會更容易理解。

val name = "Ada"          // String, cannot be reassigned
var count: Int = 0        // explicit type, can change
count += 1
val pi = 3.14159          // Double
val big = 9_000_000_000L  // Long
println("$name has $count item(s), pi is ${"%.2f".format(pi)}")
// Ada has 1 item(s), pi is 3.14

Kotlin 不會隱含地擴大數值型別：Int 不會自動轉成 Long。請明確呼叫 toLong()、toDouble() 或 toString()。

空值安全

空值安全是 Kotlin 最具代表性的特色。一般型別（例如 String）永遠不會是 null。若要允許 null，就在型別後加上 ?，例如 String?，編譯器便會強制你在使用該值之前先處理 null 的情況。

fun greet(name: String?) {
    // println(name.length)        // compile error: name may be null
    println(name?.length)           // safe call: prints null if name is null
    val len = name?.length ?: 0     // Elvis operator: default value
    if (name != null) {
        println(name.uppercase())   // smart cast: name is String here
    }
    println("length = $len")
}
fun main() {
    greet("kotlin")   // 6, KOTLIN, length = 6
    greet(null)       // null, length = 0
}

流程控制：if、when 與迴圈

在 Kotlin 中，if 與 when 都是運算式，因此會回傳值。when 取代了 Java 與 C 的 switch 陳述式，可以比對值、範圍與型別。

val score = 82
val grade = if (score >= 50) "pass" else "fail"
val letter = when (score) {
    in 90..100 -> "A"
    in 80..89 -> "B"
    in 70..79 -> "C"
    else -> "F"
}
println("$grade $letter")         // pass B
for (i in 1..3) print("$i ")      // 1 2 3
println()
for (i in 10 downTo 0 step 5) print("$i ")  // 10 5 0
println()
var n = 3
while (n > 0) { print(n); n-- }   // 321
println()

1..3 是包含頭尾的閉區間；0 until 3（或 0..<3）則不含結尾，用來處理索引時通常比較合適。

函式與 Lambda

函式以 fun 宣告。參數可以有預設值，呼叫時可使用具名引數，函式本體只有一個運算式時可以用 = 簡寫。

fun area(width: Double, height: Double = 1.0): Double = width * height
fun main() {
    println(area(3.0, 2.0))          // 6.0
    println(area(width = 4.0))       // 4.0 (default height)
    val square = { x: Int -> x * x } // a lambda stored in a variable
    println(square(5))               // 25
    val nums = listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    val evensSquared = nums.filter { it % 2 == 0 }.map { it * it }
    println(evensSquared)            // [4, 16]
}

當 Lambda 只有一個參數時，可以用 it 來指稱它。若函式的最後一個引數是 Lambda，可以寫在括號外面，所以 filter { ... } 讀起來就像內建的語法區塊。

集合與資料類別

標準函式庫把唯讀與可變集合分開：listOf、setOf、mapOf 建立唯讀集合，而 mutableListOf、mutableSetOf、mutableMapOf 建立可修改的集合。

val fruits = mutableListOf("apple", "banana")
fruits.add("cherry")
val ages = mapOf("Ann" to 31, "Bo" to 25)
println(fruits.size)              // 3
println(ages["Ann"])              // 31
println(ages["Zed"])              // null (map lookups are nullable)
data class User(val name: String, val age: Int)
val u = User("Ann", 31)
val older = u.copy(age = 32)
println(u)                        // User(name=Ann, age=31)
println(u == User("Ann", 31))     // true (structural equality)
val (n, a) = older                // destructuring
println("$n $a")                  // Ann 32

data class（資料類別）會自動取得 equals、hashCode、toString、copy 與解構功能。Kotlin 中的 == 比較的是內容（會呼叫 equals），=== 則比較參照。

類別、擴充函式與協程

類別預設是 final，要允許繼承必須加上 open。擴充函式可以在不修改既有型別的情況下為它新增方法，sealed 類別則用來表示封閉的情況集合，讓 when 能做窮盡檢查。

fun String.shout(): String = uppercase() + "!"
sealed class Shape
data class Circle(val r: Double) : Shape()
data class Rect(val w: Double, val h: Double) : Shape()
fun area(s: Shape): Double = when (s) {
    is Circle -> Math.PI * s.r * s.r
    is Rect -> s.w * s.h
}   // no else needed: the compiler knows all cases
fun main() {
    println("hi".shout())                   // HI!
    println(area(Rect(2.0, 3.0)))           // 6.0
}

在非同步與並行程式碼方面，Kotlin 使用 kotlinx.coroutines 函式庫提供的協程（coroutine）。suspend 函式可以暫停而不會阻塞執行緒，launch、async 等建構器則在作用域內啟動協程。Android 應用程式就是靠這個機制在主執行緒之外進行網路請求。

錯誤處理

Kotlin 和 Java 一樣有 try、catch 與 finally，但所有例外都是非受檢例外：你不必宣告或強制捕捉它們。try 同樣是運算式。對於可預期的失敗，標準函式庫提供 runCatching 與 Result，toIntOrNull() 這類函式也會回傳 null 而不是拋出例外。

fun parse(s: String): Int = try {
    s.toInt()
} catch (e: NumberFormatException) {
    -1
}
fun main() {
    println(parse("42"))              // 42
    println(parse("x"))               // -1
    println("7".toIntOrNull())        // 7
    println("seven".toIntOrNull())    // null
    val r = runCatching { "abc".toInt() }
    println(r.isFailure)              // true
}

完整的小程式：詞頻統計

這個程式會統計文字中每個單字出現的次數，並印出前三名。它用到字串擴充、集合函式與資料類別。

data class WordCount(val word: String, val count: Int)
fun topWords(text: String, n: Int): List<WordCount> =
    text.lowercase()
        .split(Regex("[^a-z']+"))
        .filter { it.isNotBlank() }
        .groupingBy { it }
        .eachCount()
        .map { (w, c) -> WordCount(w, c) }
        .sortedWith(compareByDescending<WordCount> { it.count }.thenBy { it.word })
        .take(n)
fun main() {
    val text = "The cat and the dog. The dog sat, and the cat ran."
    for ((word, count) in topWords(text, 3)) {
        println("$word: $count")
    }
}
// the: 4
// and: 2
// cat: 2

接下來可以學什麼

• Kotlin 官方文件（kotlinlang.org），建議從 Basic syntax 與 Kotlin tour 開始。
• Kotlin Koans：可直接在瀏覽器中執行的小型練習題。
• Android Developers 的 Kotlin 開發指南，或 Ktor 與 Spring 的伺服器端 Kotlin 指南。
• 需要撰寫非同步程式碼時，閱讀 kotlinx.coroutines 指南。