Java與Kotlin如何面對null

英國的計算機科學家Sir Charles Antony Richard Hoare，通常被稱為Tony Hoare或C. A. R. Hoare。在2009年的一次會議，他為發明null reference而道歉。下面是原文翻譯後的內容：

「我稱之為「十億美元的錯誤」。我在1965年發明null reference。當時，我正在設計第一個物件導向程式設計語言（ALGOL W）的綜合型態系統。 我的目標是確保所有物件的使用都應該是絕對安全的，並且由編譯器自動執行檢查。但是，我無法抗拒使用null reference的誘惑，因為它很容易實現。這導致了無數的錯誤，漏洞和系統崩潰，這可能在過去四十年中造成了十億美元的痛苦和破壞。」

如果一個物件變數的值為null，在使用它的時候（例如呼叫函式），就會發生NullPointerException執行時期例外，如果您沒有執行額外的控制，就會導致程式中斷並結束。應用程式運作的時候發生NullPointerException問題還挺常見的，所以大家使用比較簡短的名稱NPE稱呼它。

null reference已經是程式設計師根深蒂固的概念，例如下面這個函式：

        public static String getName(int index) {
            String result = null;
            if (index == 3) result = "Simon";
            return result;
        }        

如果呼叫這個函式的時候沒有特別處理，就可能會發生NPE：

        String name = getName(2);
        System.out.println(name.toUpperCase());  // NPE!!

所以程式設計師執行必要的判斷後，才可以排除產生NPE的可能性：

        String name = getName(2);
        if (name != null) {
            System.out.println(name.toUpperCase());
        }

在Java API中也有很多這類的設計，例如Map的get函式，通常我們在設計一個功能的時候，都會很直覺的使用這樣的想法：如果成功就傳回結果，如果不成功就傳回null。Java為了解決這類的問題，在Java 8加入「java.util.Optional」，把想法轉換為「如果成功就傳回包裝結果的Optional物件，如果不成功就傳回空的Optional物件」。例如下面採用Optional概念設計的函式：

        public static Optional getNameOpt(int index) {
                Optional result = Optional.empty();
                if (index == 3) result = Optional.of("Simon");
                return result;
        }

因為執行後的結果包裝在Optional物件，所以工作會比較多一些：

        Optional opt = get("X");

         if ( opt.isPresent() ) {
              String v = opt.get();
              // do something with v
            }
        else {
               // do something else
            }       

不過Optional提供許多方便的函式，也可以搭配Lambda提供更強大的功能。例如下面的範例，可以在Optional沒有包裝結果的時候指定一個預設值：

        Optional opt = get("X");
        String v = opt.orElse("Not exists");
        // do something with v                

Kotlin是一個比較新的JVM程式語言，在2016年2月發表v1.0，2017年5月的Google開發人員大會，發佈Kotlin為Android官方的程式設計語言。從Android Studio 3開始，開發人員可以直接使用Kotlin開發Android App。

Kolin延續Java許多優點，也改進許多Java原有的缺點，尤其是Kotlin在面對null的時候，採用跟Java完全不一樣的想法。Kotlin在宣告物件變數的時候，預設的作法是不允許指定null值給物件變數：

        var name: String = "Simon"
        name = null                 // 編譯錯誤，不可以指定null值
        println(name.toUpperCase()) // 可以直接呼叫函式

如果為了特殊的需求，您也可在宣告物變數的時候，讓它可以指定null值。不過為了預防因為null造成的例外，Kotlin針對允許null值的變數設計了一些作法：

        var name2: String? = "Mary"     // 宣告可以指定null值的變數
        name2 = null                    // 可以指定null值

        println(name2.length)           // 編譯錯誤

        if (name2 != null)              // 如果先經過null值的判斷...
            println(name2.length)       // 就可以直接使用

您可以把Kotlin對於null的態度延伸到自己的設計中：

        fun getName(index: Int): String? {  // 回傳允許null的String
            var result: String? = null
            if (index == 3) result = "Simon"
            return result
        }         

您在呼叫上面函式並處理回傳值的時候，就必須執行明確的處理：

        // val name: String = getName(2)    // 編譯錯誤

           val name: String? = getName(2)
           if (name != null) 
               println(name.toUpperCase())

Kotlin從底層開始面對null reference，再延伸到程式語言的結構與設計的方式，讓程式設計師可以用比較簡潔與安全的方式，排除因為null造成的問題與負擔。