在 Kotlin 中使用是否可為空值

1. 事前準備

本程式碼研究室將教導您關於「是否可為空值」的概念以及 null 安全性的重要性。是否可為空值是許多程式設計語言中常見的概念，代表您可對變數不設定任何值。在 Kotlin 中，系統會在確保 null 安全性的情況下，決定空值的處理方式。

必要條件

Kotlin 程式設計的基本知識，包括變數、println() 和 main() 函式，以及如何存取變數中的方法和屬性
熟悉 Kotlin 條件式，包含 if/else 陳述式與布林運算式

課程內容

什麼是 null？
可為空值和不可為空值這兩種類型的差異。
null 的安全性和重要性為何？以及 Kotlin 如何達成 null 安全性？
如何使用 ?. 安全呼叫運算子和 !! 非空值斷言運算子，來存取可為空值變數的方法和屬性。
如何使用 if/else 條件式執行「null 檢查」。
如何使用 if/else 運算式將可為空值變數轉換成不可為空值類型。
如何使用 if/else 運算式或 ?: Elvis 運算子，在可為空值變數為 null 時提供預設值。

軟硬體需求

可使用 Kotlin Playground 的網路瀏覽器。

2. 使用可為空值變數

什麼是 `null`？

在單元 1 中，您已瞭解在宣告變數時必須立即指派一個值。舉例來說，當您宣告 favoriteActor 變數時，就必須立即指派 "Sandra Oh" 字串值。

val favoriteActor = "Sandra Oh"

這個方塊代表被指派 "Sandra Oh" 字串值的 favoriteActor 變數。

不過，沒有喜愛的演員時該怎麼辦？您可能需要對變數指派 "Nobody" 或 "None" 值，但這並不是很好的做法，因為程式會將 favoriteActor 變數解讀為含有 "Nobody" 或 "None" 值，而不是完全沒有值。在 Kotlin 中，您可以使用 null 代表變數沒有任何相關聯的值。

這個方塊代表獲派空值的 afavoriteActor 變數。

如要在程式碼中使用 null，請按照下列步驟操作：

在 Kotlin Playground 中，將 main() 函式主體內容替換成設為 null 的 favoriteActor 變數：

fun main() {
    val favoriteActor = null
}

使用 println() 函式輸出 favoriteActor 變數的值，然後執行這個程式：

fun main() {
    val favoriteActor = null
    println(favoriteActor)
}

輸出結果如以下程式碼片段所示：

null

為變數重新指派 `null`

您先前已學會將以 var 關鍵字定義的變數重新指派給相同類型的不同值。舉例來說，您可為已使用某個名稱宣告的 name 變數重新指派另一個名稱，但前提是新名稱屬於 String 類型。

var favoriteActor: String = "Sandra Oh"
favoriteActor = "Meryl Streep"

有時候，您在宣告變數後可能會想將該變數指派給 null。舉例來說，在宣告喜愛的演員後，您可以決定完全不要公開自己喜愛的演員。在這類情況下，將 favoriteActor 變數指派給 null 是相當實用的做法。

瞭解不可為空值和可為空值的變數

如要將 favoriteActor 變數重新指派給 null，請按照下列步驟操作：

將 val 關鍵字變更為 var 關鍵字，然後將 favoriteActor 變數指定為 String 類型，並指派給喜愛的演員名稱：

fun main() {
    var favoriteActor: String = "Sandra Oh"
    println(favoriteActor)
}

移除 println() 函式：

fun main() {
    var favoriteActor: String = "Sandra Oh"
}

將 favoriteActor 變數重新指派給 null，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String = "Sandra Oh"
    favoriteActor = null
}

系統會顯示下列錯誤訊息：

警告訊息顯示「空值無法做為不可為空值類型字串的值」。

在 Kotlin 中，可分為可為空值和不可為非空值類型：

可為空值類型是「可以」包含 null 的變數。
不可為空值類型是「無法」包含 null 的變數。

當您明確在變數中放置 null 時，才是可為空值類型。如錯誤訊息所示，String 資料類型屬於不可為空值類型，因此您無法將變數重新指派給 null。

這張圖表展示如何宣告可為空值類型變數。變數以 var 關鍵字為開頭，後面依序為變數區塊名稱、分號、變數類型、問號、等號和值區塊。類型區塊和問號以「可為空值類型」文字標示，這代表該類型後方加上問號後即變成可為空值類型。

如要在 Kotlin 中宣告可為空值變數，您必須在類型區塊結尾加上 ? 運算子。舉例來說，String? 類型可包含字串或 null，而 String 類型則只能包含字串。如要宣告可為空值變數，您必須明確加入可為空值類型。如果沒有可為空值類型，Kotlin 編譯器會推論該變數屬於不可為空值類型。

將 favoriteActor 變數類型從 String 資料類型變更為 String? 資料類型：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"
    favoriteActor = null
}

在重新指派 null 前後輸出 favoriteActor 變數，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"
    println(favoriteActor)

    favoriteActor = null
    println(favoriteActor)
}

輸出結果如以下程式碼片段所示：

Sandra Oh
null

favoriteActor 變數原本含有字串，接著會轉換成 null。

試用

您已瞭解如何使用可為空值的 String? 類型，那麼現在可以透過 Int 值將變數初始化並重新指派給 null 嗎？

寫入可為空值的 `Int` 值

移除 main() 函式中的所有程式碼：

fun main() {

}

建立可為空值 Int 類型的 number 變數，然後為該變數指派 10 值：

fun main() {
    var number: Int? = 10
}

輸出 number 變數，然後執行這個程式：

fun main() {
    var number: Int? = 10
    println(number)
}

輸出內容與預期結果相符，內容如下：

將 number 變數重新指派給 null，以確認變數可為空值：

fun main() {
    var number: Int? = 10
    println(number)

    number = null
}

在程式的最後一行新增其他 println(number) 陳述式，然後執行程式：

fun main() {
    var number: Int? = 10
    println(number)

    number = null
    println(number)
}

輸出內容與預期結果相符，內容如下：

10
null

3. 處理可為空值變數

您先前已學習如何使用 . 運算子存取不可為空值變數的方法和屬性。本節將說明如何使用這個運算子存取可為空值變數的方法和屬性。

如要存取不可為空值的 favoriteActor 變數屬性，請按照下列步驟操作：

移除 main() 函式中的所有程式碼，然後宣告 String 類型的 favoriteActor 變數，並指派給喜愛的演員名稱：

fun main() {
    var favoriteActor: String = "Sandra Oh"
}

使用 length 屬性輸出 favoriteActor 變數值中的字元數，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String = "Sandra Oh"
    println(favoriteActor.length)
}

輸出內容與預期結果相符，內容如下：

favoriteActor 變數值中有「9」個字元，包含空格。您喜愛的演員名稱中的字元數可能會不同。

存取可為空值變數的屬性

假設您要讓 favoriteActor 變數成為可為空值的值，進而讓沒有喜愛演員的使用者能將變數指派為 null。

如要存取可為空值的 favoriteActor 變數屬性，請按照下列步驟操作：

將 favoriteActor 變數類型變更為可為空值類型，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"
    println(favoriteActor.length)
}

系統會顯示下列錯誤訊息：

這則錯誤訊息顯示「只允許對可為空值的 String 類型接收器發出安全或非空值的斷言呼叫？」。

這類錯誤屬於「編譯錯誤」。如先前的程式碼研究室所述，當程式碼中有語法錯誤，導致 Kotlin 無法編譯程式碼時，就會發生編譯錯誤。

Kotlin 會刻意套用語法規則，以便達成 null「安全性」，意即保證「不會在意外情況下對 null 變數發出任何呼叫」。但這並不表示變數不能為 null，而是表示當您存取變數成員時，該變數不能是 null。

這點非常重要，因為如果在應用程式執行期間嘗試存取 null 變數成員 (稱為「null 參照」)，應用程式就會因 null 變數不含任何屬性或方法而停止運作。這類停止運作的狀況稱為「執行階段錯誤」，意即程式碼完成編譯及執行後發生的錯誤。

由於 Kotlin 具備 null 安全性，因此 Kotlin 編譯器會對可為空值類型強制執行「null 檢查」，以免這類執行階段錯誤發生。「Null 檢查」是指在存取變數並將其視為不可為空值類型之前，先檢查變數是否可為 null 的程序。如果您要將可為空值的值當做不可為空值類型使用，就必須明確執行 null 檢查。如要瞭解相關資訊，請參閱本程式碼研究室後續的「使用 if/else 條件式」一節。

在本範例中，系統不允許直接參照 favoriteActor 變數的 length 屬性 (原因為該變數很可能是 null)，導致程式碼在編譯時間期間執行失敗。

接下來，您將瞭解用來處理可為空值類型的多種技巧和運算子。

使用 `?.` 安全呼叫運算子

您可以使用 ?. 安全呼叫運算子存取可為空值變數的方法或屬性。

如要使用 ?. 安全呼叫運算子存取方法或屬性，請在變數名稱後方加上 ? 符號，並使用 . 標記存取方法或屬性。

?. 安全呼叫運算子可讓您安全存取可為空值變數，因為 Kotlin 編譯器會阻止變數成員存取 null 參照，並對存取的成員傳回 null。

如要安全存取可為空值的 favoriteActor 變數屬性，請按照下列步驟操作：

在 println() 陳述式中，將 . 運算子替換成 ?. 安全呼叫運算子：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"
    println(favoriteActor?.length)
}

執行這個程式，並確認輸出內容符合預期：

您喜愛的演員名稱中的字元數可能會不同。

將 favoriteActor 變數重新指派給 null，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = null
    println(favoriteActor?.length)
}

輸出內容如下：

null

請注意，即使嘗試存取 null 變數的 length 屬性，該程式仍不會當機。安全呼叫運算式只會傳回 null。

使用 `!!` 非空值斷言運算子

您也可以使用 !! 非空值斷言運算子，來存取可為空值變數的方法或屬性。

這張圖表展示可為空值變數區塊，後面依序接有兩個驚嘆號、一個點以及方法或屬性區塊。這幾個項目之間沒有空格。

您必須在可為空值變數後方加上 !! 非空值斷言運算子，接著加上 . 運算子，最後是方法或屬性 (不含任何空格)。

顧名思義，如果您使用 !! 非空值斷言運算子，即表示您聲明變數的值並非 null，無論變數是否為該值都一樣。

如果可為空值變數確實是 null，使用 !! 非空值斷言運算子可能會導致系統擲回 NullPointerException 錯誤，這點與 ?. 安全呼叫運算子不同。因此，只有在變數一律為不可為空值，或已設定適當的例外狀況處理方式時，才需要使用該斷言運算子。如果例外狀況未妥善處理，就會造成執行階段錯誤。本課程的後續單元將說明例外狀況處理方式。

如要使用 !! 非空值斷言運算子存取 favoriteActor 變數的屬性，請按照下列步驟操作：

將 favoriteActor 變數重新指派為您喜愛的演員名稱，然後在 println() 陳述式中將 ?. 安全呼叫運算子替換成 !! 非空值斷言運算子：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"
    println(favoriteActor!!.length)
}

執行這個程式，並確認輸出內容符合預期：

您喜愛的演員名稱中的字元數可能會不同。

將 favoriteActor 變數重新指派給 null，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = null
    println(favoriteActor!!.length)
}

系統會顯示 NullPointerException 錯誤，內容如下：

這則錯誤訊息顯示「執行緒 "main" 中的例外狀況 java.lang.NullPointerException」。

這個 Kotlin 錯誤顯示程式在執行期間異常終止。因此，除非您確定變數不是 null，否則不建議使用 !! 非空值斷言運算子。

使用 `if/else` 條件式

您可以在 if/else 條件式中使用 if 分支版本來執行「null 檢查」。

這張圖表展示可為空值變數區塊，後面依序接有驚嘆號、等號和空值。

如要執行 null 檢查，可以使用 != 比較運算子檢查可為空值變數不等於 null 的情形。

`if/else` 陳述式

if/else 陳述式可與 null 檢查搭配使用，如下所示：

這張圖表說明 if/else 陳述式的結構。開頭是 if 關鍵字，後面依序是加上括號空值檢查區塊、加上一組大括號的主體 1、else 關鍵字，然後是加上另一組大括號的主體 2 區塊。else 子句以紅色虛線方塊框住，並標註為選用項目。

空值檢查與 if/else 陳述式搭配使用時有以下優點：

nullableVariable != null 運算式的 null 檢查會做為 if 條件式使用。
if 分支版本內的主體 1 會假設變數不可為空值。因此，您可以將該變數視為是不可為空值變數一般，在這個主體中自由存取變數的方法或屬性，無需使用 ?. 安全呼叫運算子或 !! 非空值斷言運算子。
else 分支版本內的主體 2 會假設變數為 null。因此，當變數為 null 時，您就能在這個主體中新增應當執行的陳述式。else 分支版本為選用項目。當 null 檢查失敗時，您只能使用 if 條件式來執行 null 檢查，且不提供預設動作。

如果有多行程式碼使用可為空值變數，那麼將 null 檢查與 if 條件式搭配使用較為簡便。相反地，?. 安全呼叫運算子則適合用於可為空值變數的單一參照。

如要為 favoriteActor 變數編寫含有 null 檢查的 if/else 陳述式，請按照下列步驟操作：

將 favoriteActor 變數再次指派給您喜愛的演員名稱，然後移除 println() 陳述式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

}

新增包含 favoriteActor != null 條件式的 if 分支版本：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    if (favoriteActor != null) {

    }
}

在 if 分支版本的主體中，新增可接受 "The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}" 字串的 println 陳述式，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    if (favoriteActor != null) {
      println("The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}.")
    }
}

輸出內容與預期結果相符。

The number of characters in your favorite actor's name is 9.

您喜愛的演員名稱中的字元數可能會不同。

請注意，由於您會在 null 檢查後存取 if 分支內的 length 方法，因此可直接使用 . 運算子存取名稱長度方法。同時，Kotlin 編譯器知道 favoriteActor 變數絕不會是 null，所以允許直接存取屬性。

選用：新增 else 分支版本，以處理演員姓名為 null 的情形：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    if (favoriteActor != null) {
      println("The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}.")
    } else {

    }
}

在 else 分支版本的主體中，新增可接受 "You didn't input a name." 字串的 println 陳述式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    if (favoriteActor != null) {
      println("The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}.")
    } else {
      println("You didn't input a name.")
    }
}

將 favoriteActor 變數指派給 null，然後執行這個程式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = null

    if(favoriteActor != null) {
      println("The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}.")
    } else {
      println("You didn't input a name.")
    }
}

輸出內容與預期結果相符，內容如下：

You didn't input a name.

`if/else` 運算式

您也可以將 null 檢查與 if/else 運算式結合，藉此將可為空值變數轉換成不可為空值變數。

這張圖表說明 if/else 運算式的結構。開頭是 val 關鍵字，後面依序接有名稱區塊、分號、非空值類型區塊、等號、if 關鍵字、加上括號的條件、加上一組大括號的主體 1、else 關鍵字以及加上另一組大括號的主體 2 區塊。

如何將 if/else 運算式指派給不可為空值類型：

將 nullableVariable != null null 檢查做為 if 條件式使用。
if 分支版本內的主體 1 會假設變數不可為空值。因此，您可以將該變數視為是不可為空值變數一般，在這個主體中存取變數的方法或屬性，無需使用 ?. 安全運算子或 !! 非空值斷言運算子。
else 分支版本內的主體 2 會假設變數為 null。因此，當變數為 null 時，您就能在這個主體中新增應當執行的陳述式。
在主體 1 和主體 2 的最後一行中，您必須使用會產生不可為空值類型的運算式或值，這樣一來，就能在 null 檢查通過或失敗時指派給不可為空值變數。

如要使用 if/else 運算式重新編寫程式，讓程式只使用一個 println 陳述式，請按照下列步驟操作：

將 favoriteActor 變數指派給您喜愛的演員名稱：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    if (favoriteActor != null) {
      println("The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}.")
    } else {
      println("You didn't input a name.")
    }
}

建立 lengthOfName 變數，然後指派給 if/else 運算式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = if(favoriteActor != null) {
      println("The number of characters in your favorite actor's name is ${favoriteActor.length}.")
    } else {
      println("You didn't input a name.")
    }
}

從 if 和 else 這兩個分支版本中移除 println() 陳述式：

fun main() {
    var favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = if(favoriteActor != null) {

    } else {

    }
}

在 if 分支版本的主體中新增 favoriteActor.length 運算式：

fun main() {
    val favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = if(favoriteActor != null) {
      favoriteActor.length
    } else {

    }
}

favoriteActor 變數的 length 屬性可直接使用 . 運算子存取。

在 else 分支版本的主體中新增 0 值：

fun main() {
    val favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = if(favoriteActor != null) {
      favoriteActor.length
    } else {
      0
    }
}

當名稱為 null 時，0 值會成為預設值。

在 main() 函式的結尾加上可接受 "The number of characters in your favorite actor's name is $lengthOfName." 字串的 println 陳述式，然後執行這個程式：

fun main() {
    val favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = if(favoriteActor != null) {
      favoriteActor.length
    } else {
      0
    }

    println("The number of characters in your favorite actor's name is $lengthOfName.")
}

輸出內容與預期結果相符，內容如下：

The number of characters in your favorite actor's name is 9.

您使用的名稱字元數可能會不同。

使用 `?:` Elvis 運算子

?: Elvis 運算子是指可與 ?. 安全呼叫運算子搭配使用的運算子。使用 ?: Elvis 運算子時，您可以在 ?. 安全呼叫運算子傳回 null 時加上預設值。這個做法與 if/else 運算式類似，但較為常用。

如果變數「不是」null，系統會執行 ?: Elvis 運算子之前的運算式。如果變數「是」null，則系統會執行 ?: Elvis 運算子之後的運算式。

這張圖表顯示 val 關鍵字，後面依序接有名稱區塊、等號、可為空值變數區塊、問號、點、方法或屬性區塊、問號、冒號和預設值區塊。

如要修改先前的程式以使用 ?: Elvis 運算子，請按照下列步驟操作：

移除 if/else 條件式，然後將 lengthOfName 變數設為可為空值的 favoriteActor 變數，並使用 ?. 安全呼叫運算子呼叫其 length 屬性：

fun main() {
    val favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = favoriteActor?.length

    println("The number of characters in your favorite actor's name is $lengthOfName.")
}

在 length 屬性後方加上 ?: Elvis 運算子以及 0 值，然後執行這個程式：

fun main() {
    val favoriteActor: String? = "Sandra Oh"

    val lengthOfName = favoriteActor?.length ?: 0

    println("The number of characters in your favorite actor's name is $lengthOfName.")
}

輸出內容會與先前的輸出內容相同：

The number of characters in your favorite actor's name is 9.

4. 結語

恭喜！您已學會是否可為空值的概念，以及如何運用各種運算子進行管理。

摘要

可將變數設為 null，代表該變數不含任何值。
不可將 null 指派給不可為空值變數。
可將 null 指派給可為空值變數。
如要存取可為空值變數的方法或屬性，必須使用 ?. 安全呼叫運算子或 !! 非空值斷言運算子。
可使用含有 null 檢查的 if/else 陳述式，在不可為空值項目中存取可為空值變數。
可使用 if/else 運算式將可為空值變數轉換成不可為空值類型。
當可為空值變數為 null 時，可使用 if/else 運算式或 ?: Elvis 運算子提供該變數的預設值。

瞭解詳情

空值安全

在 Kotlin 中使用是否可為空值

1. 事前準備

必要條件

課程內容

軟硬體需求

2. 使用可為空值變數

什麼是 null？

為變數重新指派 null

瞭解不可為空值和可為空值的變數

試用

寫入可為空值的 Int 值

3. 處理可為空值變數

存取可為空值變數的屬性

使用 ?. 安全呼叫運算子

使用 !! 非空值斷言運算子

使用 if/else 條件式

if/else 陳述式

if/else 運算式

使用 ?: Elvis 運算子

4. 結語

摘要

瞭解詳情

什麼是 `null`？

為變數重新指派 `null`

寫入可為空值的 `Int` 值

使用 `?.` 安全呼叫運算子

使用 `!!` 非空值斷言運算子

使用 `if/else` 條件式

`if/else` 陳述式

`if/else` 運算式

使用 `?:` Elvis 運算子