嘗鮮Java 12新特性：switch表達式

Java 12將在兩個月后（2019/3/19）發布，現已進入RDP1階段，確定加入8個JEP。其中對Java語法的改進是JEP 325: switch表達式。於是我迫不及待，提前感受一下更先進的語言特性。

因為12沒有正式發布，本文使用自己編譯的OpenJDK。嫌麻煩的話，也可以直接使用官方的ea版本。JEP325是預覽(preview)特性，編譯運行時需要添加--enable-preview參數。

顧名思義，這個feature是對switch動手腳的。包括兩個方面。

1. 簡化fall-through規則

下面這樣的switch代碼我們寫過幾萬遍了

switch (today) {
    case SATURDAY:
    case SUNDAY:
        System.out.println("I'm happy!");
        break;
    case MONDAY:
    case TUESDAY:
    case WEDNESDAY:
    case THURSDAY:
    case FRIDAY:
        System.out.println("I'm sad...");
        break;
    default:
        System.out.println("I'm confused.");
}

這段代碼存在的問題是：

1. 內容不符合愛崗敬業的核心價值觀（敲黑板！重要！！）
2. 多個條件對應相同代碼時（比如MONDAY到FRIDAY），要重復寫多個case，冗余且丑陋
3. 每一段代碼后面都要有break，一旦忘記就會有編譯器檢測不到的邏輯錯誤
4. 變量作用域混亂

第四個問題可能長被忽略。case或者default后面是一連串的語句，而不是代碼塊（注意，它是沒有大括號的）。這種情況下定義的局部變量，其作用域不是case后的部分，而是整個switch結構。因此，下面的代碼無法通過編譯。

switch (today) {
    case MODAY:
        int x = 1;
        break;
    default:
        int x = 0; //Variable x is already defined in the scope
}

編譯器看到的是在一個作用域中存在兩個x，非常違背人類的直覺。

上面的四個問題，除了1，剩下的萬惡之源就是fall-through規則。即switch結構在找到第一個匹配的case條件后，會順序執行后面所有case對應的代碼，無論是否判斷為真。這是40多年前C語言創造后來Java原樣照抄的經典語法，但在今天看起來就顯得很呆萌了，新的語言也幾乎都放棄了fall-through。

好在，盡管后知后覺，從12開始Java開發者也可以選擇更簡潔清晰的語法了。就像這樣

switch (today) {
    case SUNDAY, SATURDAY -> System.out.println("I'm happy!");
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> System.out.println("I'm happy, too!!");
    default -> System.out.println("I'm confused.");
}

很容易看出語法的變化，這些變化也解決了上面的四個問題。歸納一下：

1. 程序內容積極向上，體現了新時代的奮斗精神（敲黑板！重要！！）
2. 對應相同動作的多個case合並為一行，代碼更簡潔
3. 條件和動作之間用->連接，這時fall-through規則失效。匹配到的分支代碼執行完后直接跳出，不會繼續執行下面的case對應的代碼。也就是不需要再為每一個分支寫break了。程序更簡潔清晰，也更符合人類的直覺。
   需要注意，為了保持向后兼容性，case條件后依然可以使用:，這時fall-through還是有效的，即不能省略原有的break。而一個switch結構里不能混用->和:，否則會有編譯錯誤。
4. 每一個->后面只允許接一個表達式、一個代碼塊、或者一個throw語句。這樣在代碼塊中定義的局部變量，其作用域就限制在代碼塊中，而不是蔓延到整個switch結構。邏輯更加清楚了。

2. switch作為表達式(expression)

switch結構一直是一個statement，而從Java 12開始，它也可以用作expression。從學院派的定義理解statement和expression的區別叫人頭疼，如果說人話的話，就是switch可以有返回值了。

作為statement的switch沒有返回值，所以我們不能寫出這樣的代碼

x = switch (y) { ... }

如果需要根據不同的條件給某個變量賦值，我們以前只能這樣做

String word = "";

switch (num) {
    case 1:
        word = "One";
        break;
    case 2:
        word = "Two";
        break;
    default:
        String result = String.format("Other (%d)", num);
        word = result;
}

讓人難受的地方有兩個。

1. 重復多次地寫賦值語句，繁瑣且易錯。
2. 這段程序的終極目標是為word變量賦值，而賦值前必須在其他的地方初始化word，淡化了二者的邏輯關系，代碼也顯得瑣碎。

從12開始我們可以這樣改造代碼

String word = switch (num) {
    case 1 -> "One";
    case 2 -> "Two";
    default -> {
        String result = String.format("Other (%d)", num);
        break result;
    }
};

可見，switch成了一個表達式（expression)，它有自己的返回值。每一個分支只需要決定具體的返回值是什么，不需要考慮如何使用這個值。而全程只需要一次賦值操作。代碼整體變得更簡潔、緊湊、清晰。

而返回值又有兩種寫法。還記得嗎，上一節提到過，->后只能接三樣東西：表達式、代碼塊、throw語句。throw的情況沒有返回值，先不管它。另外兩種情況：

1. 如果分支只有一個表達式，那么表達式本身就是switch的值，比如上面例子里的"One"和"Two"；
2. 如果分支是一個代碼塊，比如例子中的default，可以看到Java 12改造了break關鍵字，可以通過break result的形式返回值。switch並沒有拋棄break，而是賦予它更重要的職能。

作為expression的switch也可以使用:，在這種情況下，各個分支必須用break關鍵字返回值。像這樣

String word = switch (num) {
    case 1 : break "One";
    case 2 : break "Two";
    default : {
        String result = String.format("Other (%d)", num);
        break result;
    }
};

上面例子中，case 1和case 2中的break不能省略，否則會有編譯錯誤。

很顯然，當switch用作expression時，每一個分支都必須有返回值（或者有throw異常）。我們不能寫下面這樣的代碼

String word = switch (num) {
    case 1 -> "One";
    case 2 -> "Two";
    default -> {
        System.out.println("莫挨老子");
        //錯誤: switch rule completes without providing a value
    }
};

編譯器不知道當num=3的時候應該返回什么，於是它憤怒地拋出了一個錯誤。

最后要強調，switch在不返回值的時候，還是一個statement。而作為expression並且在一句代碼的結尾處時，不要忘了后面的分號！（親自踩坑，友情提醒）

To be continue...

可能你會覺得這些改進還是小修小改，不值得過分激動。但是，JEP 325是JEP 305: Pattern Matching的依賴。雖然沒有最終確定，但或許Pattern Matching會在不久后的幾個版本正式引入，到時又將是語言層面的大革命。后續的幾個版本還是值得期待的。