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Kotlin 中的单例模式(Singleton)与对象声明

在 Kotlin 中,类描述的是一种通用结构,可以多次实例化,也可以用多种方式实例化。但有时我们只需要单个实例,不多不少。单例模式能帮你更好地组织代码,把相关的方法聚合在一起。

单例模式是什么?

单例模式是一种设计模式,保证一个类只有一个实例,并提供全局访问点。这意味着你可以在代码的任何地方获取这个单例类的实例。打个比方,就像大家一起玩棋盘游戏,所有玩家都在同一个“棋盘”上进行操作,这个棋盘就相当于游戏的全局状态。

单例的主要特征:

  • 单例类只有一个实例。

  • 单例类提供一个全局访问点。

Kotlin 的对象声明(object declaration)

单例模式非常有用,而 Kotlin 为单例提供了专门的语法结构:object 声明。这是一种特殊的类声明,使用关键字 object 创建单例。Kotlin 自动处理所有复杂步骤,你只需要用 object 声明即可,无需手动实现单例模式。

object PlayingField {fun getAllPlayers(): Array<Player> {/* ... */}fun isPlayerInGame(player: Player): Boolean {/* ... */}}

解释:

使用 object 声明时,构造函数不可用,因为 Kotlin 自动完成。你可以通过 PlayingField 直接访问这个单例实例,它在代码任何地方调用都指向同一个对象。

示例:

fun startNewGameTurn() {val players = PlayingField.getAllPlayers()if (players.size < 2) {return println("The game cannot be continued without players")}for (player in players) {nextPlayerTurn(player)}
}fun nextPlayerTurn(player: Player) {if (!PlayingField.isPlayerInGame(player)) {return println("Current player lost. Next...")}/* 玩家行动 */
}

嵌套对象(Nested object)

有时候你想创建一个和另一个类相关联的单例。例如,游戏中有 Player 类,代表不同的角色,这些角色有共享的属性,比如默认速度。你如何保存这些共享信息呢?

你可以简单地创建一个单例对象:

object PlayerProperties {/* 默认速度,每回合移动7格 */val defaultSpeed = 7fun calcMovePenalty(cell: Int): Int {/* 计算移动速度惩罚 */}
}

但如果项目里有许多类似的单例,代码会变得难读。更好的做法是将单例嵌套到相关类中。

class Player(val id: Int) {object Properties {val defaultSpeed = 7fun calcMovePenalty(cell: Int): Int {/* 计算移动惩罚 */}}
}/* 输出 7 */
println(Player.Properties.defaultSpeed)

Properties 对象作用域是 Player,只能通过 Player.Properties 访问。这种方式让单例和类有明确的关联。

你还可以在外部类中使用嵌套对象的属性:

class Player(val id: Int) {object Properties {val defaultSpeed = 7}val superSpeed = Properties.defaultSpeed * 2 // 14
}

但反过来是不行的——嵌套对象中不能访问外部类的实例成员:

class Player(val id: Int) {    val speed = 7object Properties {val defaultSpeed = speed // 错误,不能访问外部类实例属性}
}

这和其他语言的 static 类似,Kotlin 没有默认的静态成员,但可以用嵌套对象来达到类似效果。


编译时常量(Compile-time constants)

如果某个只读属性永远不会改变,我们称它为常量。可以使用 const 关键字声明编译时常量:

object Languages {const val FAVORITE_LANGUAGE = "Kotlin"
}

要求:

  • 必须是基本类型或 String。

  • 不能有自定义 getter。

  • 命名用全大写加下划线(SCREAMING_SNAKE_CASE)。

比如游戏里的默认速度可以写成:

object Properties {const val DEFAULT_SPEED = 7
}

访问:

println(Properties.DEFAULT_SPEED) // 输出 7

为什么不都用顶层常量?因为大量无关联的顶层常量会让代码混乱,影响阅读。最好把和某个对象相关的常量放到对应的对象里。


对象与嵌套对象的扩展

你可以在一个类里声明多个对象,比如:

class Player(val id: Int) {object Properties {val defaultSpeed = 7fun calcMovePenalty(cell: Int): Int { /* ... */ }}object Factory {fun create(playerId: Int): Player {return Player(playerId)}}
}println(Player.Properties.defaultSpeed)    // 7
println(Player.Factory.create(13).id)      // 13

这里的 Factory 是工厂模式,用来创建 Player 实例。你也可以在一个对象内部声明多个对象,用来组织单例数据:

object Game {object Properties {val maxPlayersCount = 13val maxGameDurationInSec = 2400}object Info {val name = "My super game"}
}

数据对象(Data object)

普通的对象声明打印会显示类名和哈希码:

object MyObjectfun main() {println(MyObject) // MyObject@1f32e575
}

如果用 data 修饰单例对象,会生成更友好的方法:

data object MySingletonfun main() {println(MySingleton) // MySingleton
}

注意,data object 不是数据类,不能复制(没有 copy() 方法),也没有组件函数,因为单例不允许多实例。


总结

Kotlin 中,object 声明是创建单例的标准方式,也可以用嵌套对象关联类本身,而非类的实例。合理使用它们可以让代码结构更清晰,提升可读性和可维护性。

http://www.xdnf.cn/news/15953.html

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