Java修炼终极指南:172 在 switch 中使用密封类

这不是本书第一次介绍密封类和 switch 表达式的例子。在第2章，问题61中，我们通过密封的 Player 接口简要介绍了一个例子，目标是涵盖 switch 中模式标签的完整性（类型覆盖）。如果当时你发现这个例子令人困惑，我相信现在应该清楚了。然而，让我们保持新鲜感，从这个抽象基类开始另一个例子：

public abstract class TextConverter {}

我们有三种转换器如下：

final public class Utf8 extends TextConverter {}
final public class Utf16 extends TextConverter {}
final public class Utf32 extends TextConverter {}

现在，我们可以编写一个 switch 表达式来匹配这些 TextConverter，如下所示：

public static String convert(
  TextConverter converter, String text) {      
  return switch (converter) {
    case Utf8 c8 -> "Converting text to UTF-8: " + c8;
    case Utf16 c16 -> "Converting text to UTF-16: " + c16;
    case Utf32 c32 -> "Converting text to UTF-32: " + c32;           
    case TextConverter tc -> "Converting text: " + tc; 
    default -> "Unrecognized converter type";                            
  };
}

检查突出显示的代码行。在三个案例（case Utf8、case Utf16 和 case Utf32）之后，我们必须有一个 case TextConverter 或 default 案例。换句话说，在匹配 Utf8、Utf16 和 Utf32 之后，我们必须有一个总类型模式（无条件模式）来匹配任何其他 TextConverter 或一个 default 案例，这通常意味着我们面临一个未知的转换器。如果两者都缺失，即总类型模式和 default 标签都缺失，则代码无法编译。switch 表达式没有涵盖所有可能的案例（输入值），因此不是穷尽的。这是不允许的，因为使用 null 和/或模式标签的 switch 表达式和 switch 语句应该是穷尽的。编译器会认为我们的 switch 是非穷尽的，因为我们可以自由地扩展基类（TextConverter）以包含未覆盖的案例。一个优雅的解决方案是密封基类（TextConverter），如下所示：

public sealed abstract class TextConverter
  permits Utf8, Utf16, Utf32 {}

现在，switch 可以这样表达：

return switch (converter) {
  case Utf8 c8 -> "Converting text to UTF-8: " + c8;
  case Utf16 c16 -> "Converting text to UTF-16: " + c16;
  case Utf32 c32 -> "Converting text to UTF-32: " + c32;              
};

这一次，编译器知道所有可能的 TextConverter 类型，并看到它们都在 switch 中被覆盖了。由于 TextConverter 是密封的，没有意外，没有未覆盖的案例会发生。然而，如果后来我们决定添加一个新的 TextConverter（例如，我们通过扩展 TextConverter 并添加这个扩展到 permits 子句来添加 Utf7），那么编译器会立即抱怨 switch 是非穷尽的，所以我们必须采取行动并为它添加适当的案例。目前，Utf8、Utf16 和 Utf32 被声明为 final，所以它们不能被扩展。假设 Utf16 被修改为非密封：

non-sealed public class Utf16 extends TextConverter {}

现在，我们可以这样扩展 Utf16：

public final class Utf16be extends Utf16 {}
public final class Utf16le extends Utf16 {}

即使我们向 Utf16 类添加了两个子类，我们的 switch 仍然是穷尽的，因为 case Utf16 也会覆盖 Utf16be 和 Utf16le。然而，只要我们在 case Utf16 之前添加这些案例，我们可以明确地为它们添加案例，如下所示：

return switch (converter) {
  case Utf8 c8 -> "Converting text to UTF-8: " + c8;
  case Utf16be c16 -> "Converting text to UTF-16BE: " + c16;
  case Utf16le c16 -> "Converting text to UTF-16LE: " + c16;
  case Utf16 c16 -> "Converting text to UTF-16: " + c16;           
  case Utf32 c32 -> "Converting text to UTF-32: " + c32;             
};

我们必须在 case Utf16 之前添加 case Utf16be 和 case Utf16le，以避免支配错误（第2章，问题60）。这是另一个结合密封类、switch 的模式匹配和 Java 记录来计算整数二叉树节点总和的例子：

sealed interface BinaryTree {
  record Leaf() implements BinaryTree {}
  record Node(int value, BinaryTree left, BinaryTree right)
    implements BinaryTree {}      
}
   
static int sumNode(BinaryTree t) {
  return switch (t) {
           
    case Leaf nl -> 0;
    case Node nv -> nv.value() + sumNode(nv.left())
                               + sumNode(nv.right());
  };
}

这是调用 sumNode() 的一个例子：

BinaryTree leaf = new Leaf();
BinaryTree s1 = new Node(5, leaf, leaf);
BinaryTree s2 = new Node(10, leaf, leaf);
BinaryTree s = new Node(4, s1, s2);
int sum = sumNode(s);

在这个例子中，结果是 19。