Java 7 to 17 Instanceof

一、前言

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Java 從 7 到 17 在 instanceof 運算符上進行了重要的改進，尤其是在模式匹配方面。早期版本中使用 instanceof 後需要進行強制類型轉換，代碼冗餘且容易出錯。Java 14 (Preview) 引入了模式匹配的概念，並在 Java 16 中正式成為標準功能。這個特性簡化了類型檢查和類型轉換的流程，使得代碼更簡潔、可讀性更高，並降低了出錯的可能性。 本文將詳細探討 Java 7 到 17 中 instanceof 的演變，分析其優勢與應用場景，並提供具體的範例。 值得注意的是， switch 語句的模式匹配在 Java 17 中仍為預覽特性，需要在編譯和執行時啟用。

目錄

• 一、前言
  • 目錄
• 二、Java 7 及之前：繁瑣的類型檢查與轉換
• 三、Java 14 (Preview) 與 16：模式匹配的引入
• 四、模式匹配的優勢
• 五、模式匹配的應用場景
• 六、模式匹配的架構與工具支持
• 七、模式匹配與 switch 語句 (Java 17 Preview, Java 21 納入正式標準)
• 八、總結

二、Java 7 及之前：繁瑣的類型檢查與轉換

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在 Java 7 及更早的版本中，使用 instanceof 進行類型檢查後，通常需要進行強制類型轉換才能使用特定類型的方法或屬性。這樣的代碼結構顯得冗長且容易出錯。

Object obj = "Hello, World!"; if (obj instanceof String) { String str = (String) obj; // 強制類型轉換 System.out.println(str.length()); }

這種方式存在以下問題：

• 冗餘： 需要多次書寫類型名稱 ( String )。
• 易錯： 強制類型轉換可能導致 ClassCastException 。
• 可讀性差： 代碼結構顯得複雜，影響理解。

三、Java 14 (Preview) 與 16：模式匹配的引入

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Java 14 引入了模式匹配作為一個預覽特性，而 Java 16 將其正式納入標準功能。模式匹配允許我們在 instanceof 檢查的同時聲明一個具有正確類型的變量，從而消除了強制類型轉換的需求。

Object obj = "Hello, World!"; if (obj instanceof String str) { // 模式匹配：同時檢查類型並聲明變量 System.out.println(str.length()); }

在這個例子中， String str 聲明了一個名為 str 的 String 類型變量，並在 instanceof 檢查通過後，直接將 obj 轉換為 String 類型並賦值給 str 。這樣不僅簡化了代碼，還提高了安全性和可讀性。

四、模式匹配的優勢

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使用 instanceof 進行模式匹配帶來了多個優勢：

• 簡潔性： 消除了強制類型轉換的需要，減少了代碼量。
• 安全性： 編譯器會在編譯時進行類型檢查，避免了運行時出現 ClassCastException 的可能性。
• 可讀性： 代碼結構更清晰，更容易理解。
• 作用域： 模式變量的作用域限定在 if 語句的 true 分支中，避免了變量汙染。
  • 更安全的空指針檢查： instanceof 在物件為 null 時總是返回 false ，避免了空指針異常。
  • 作用域限制： 模式變量的作用域僅限於 if 語句的 true 分支。在 else 分支或 if 語句之後，該變量不可訪問。

五、模式匹配的應用場景

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模式匹配在許多場景下都非常有用，例如：

• 處理異構集合： 當你需要處理一個包含不同類型物件的集合時，模式匹配可以簡化類型檢查和處理邏輯。

  import java.util.Arrays; import java.util.List; public class InstanceofExample { public static void main(String[] args) { List<Object> list = Arrays.asList("Hello", 123, true, null); for (Object obj : list) { if (obj instanceof String str) { System.out.println("String: " + str.toUpperCase()); } else if (obj instanceof Integer i) { System.out.println("Integer: " + (i * 2)); } else if (obj instanceof Boolean b) { System.out.println("Boolean: " + !b); } else { System.out.println("Object is " + obj); // 這裡無法訪問 str, i, b，因為他們的作用域僅限於各自的 if 分支 // System.out.println(str.length()); // 編譯錯誤 } // 這裡無法訪問 str, i, b，因為他們的作用域僅限於各自的 if 分支 // System.out.println(str.length()); // 編譯錯誤 } } }
  • 執行結果：
  $ java -Dfile.encoding=utf-8 InstanceofExample.java String: HELLO Integer: 246 Boolean: false Object is null

  • 無法訪問 str, i, b，因為他們的作用域僅限於各自的 if 分支。以 str 為例。

    
    

    在這個範例中，我們沒有顯式檢查 null ，因為 instanceof 對 null 會返回 false 。 在 Java 17 中，您可以選擇是否要加入額外的 null 檢查，取決於您希望如何表達程式碼的意圖。

• 簡化複雜的條件判斷： 當你需要根據物件的類型執行不同的操作時，模式匹配可以使代碼更易於維護。

• 處理函數式接口： 可以與函數式接口結合使用，進一步簡化代碼。

  • 泛型的限制： 由於 Java 的類型擦除機制， instanceof 無法直接用於檢查泛型類型。 只能檢查是否是 List 類型，無法檢查是否是 List<String> 。 對於這種情況，如果需要進行更精確的類型判斷，可能需要藉助其他方式，比如獲取元素的類型並進行判斷。

六、模式匹配的架構與工具支持

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模式匹配是 Java 語言的一部分，不需要額外的架構或工具來支持。主流的 IDE (例如 IntelliJ IDEA, Eclipse) 都提供了對模式匹配語法的支持，包括語法高亮、代碼補全和錯誤檢查。編譯器會在編譯時驗證模式匹配的正確性，確保代碼的類型安全。

七、模式匹配與 switch 語句 (Java 17 Preview, Java 21 納入正式標準)

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Java 17 引入了 switch 語句的模式匹配作為一個預覽特性，進一步擴展了模式匹配的功能。 使用 switch 模式匹配，可以更加清晰地表達基於不同類型執行不同操作的邏輯，我們使用預覽指令 --enable-preview 先來玩玩這個新特性。

IDE出現這些問題，我們先不理他，直接使用 Console 編譯與執行。

程式碼：

import java.util.Arrays; import java.util.List; public class InstanceofExample { public static void main(String[] args) { Object obj = "Hello"; switch (obj) { case String s -> System.out.println("String: " + s.toUpperCase()); case Integer i -> System.out.println("Integer: " + (i * 2)); case Boolean b -> System.out.println("Boolean: " + !b); default -> System.out.println("Other type"); } } }

編譯：

$ javac --enable-preview --release 17 -encoding utf-8 InstanceofExample.java Note: InstanceofExample.java uses preview features of Java SE 17. Note: Recompile with -Xlint:preview for details.

執行結果：

$ java --enable-preview --source 17 -Dfile.encoding=utf-8 InstanceofExample.javaNote: InstanceofExample.java uses preview features of Java SE 17. Note: Recompile with -Xlint:preview for details. String: HELLO

八、總結

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從 Java 7 到 17， instanceof 的演變體現了 Java 語言不斷進步的趨勢，追求更簡潔、更安全、更易讀的代碼。模式匹配的引入極大地簡化了類型檢查和轉換的流程，提高了代碼的效率和可維護性。Java 17 中 switch 語句的模式匹配，進一步擴展了模式匹配的應用場景，使得代碼更加清晰易懂。 掌握 instanceof 模式匹配及其在 switch 中的應用，是編寫現代 Java 代碼的重要技能。

可以參考以下 JEP 提案了解更多信息：

• Pattern Matching for instanceof：JEP 305、JEP 375、JEP 394。
• Pattern Matching for switch：JEP 406、JEP 420、JEP 427、JEP 433、JEP 441。

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