暗藏杀机? 不简单的三目运算符号!

最近，在一个业务改造中，使用三目运算符重构了业务代码，没想到测试的时候竟然发生 NPE (Null Pointer Exception)的问题。

重构代码非常简单，代码如下：

// 方法返回参数类型为 Integer
//  private Integer code;
SimpleObj simpleObj = new SimpleObj();
// 其他业务逻辑
if (simpleObj == null) {
    return -1;
} else {
    return simpleObj.getCode();
}

这段 if 判断，感觉很是繁琐，于是使用三目运算符重构了一把，代码如下：

// 方法返回参数类型为 Integer
SimpleObj simpleObj = new SimpleObj();
// 其他业务逻辑
return simpleObj == null ? -1 : simpleObj.getCode();

测试的时候，第四行代码抛出了空指针，这里代码很简单，显然只有 simpleObj或simpleObj.getCode()才有可能发生 NPE 问题。

但是我明明为 simpleObj做过判空判断，simpleObj 对象肯定不是 null，那么只有 simpleObj.getCode() 返回为 null。但是我的代码并没有对这个方法返回值做任何操作，为何会触发 NPE？

难道是又是自动拆箱导致的 NPE 问题？

在解答这个问题之前，我们首先复习一下三目运算符。

三目运算符

三目运算符，官方英文名称:Conditional Operator ? :,中文直译条件表达式，本文不纠结名称，统一使用三目运算符。

三目运算符的基本用法非常简单，它由三个操作数的运算符构成，形式为：

<表达式 1> ？<表达式 2> : <表达式 3>

三目运算符的计算从左往右计算，首先需要计算计算表达式 1 ，其结果类型必须为 Boolean 或 boolean，否则发生编译错误。

当表达式 1 的结果为 true，将会执行表达式 2，否则将会执行表达式 3。

表达式 2 与表达式 3 最后的类型必须得有返回结果，即不能为是 void，若为 void ，编译时将会报错。

最后需要注意的是，表达式 2 与表达式 3 不会被同时执行，两者只有一个会被执行。

踩坑案例

了解完三目运算符的基本原理，我们简化一下开头例子，复现一下三目运算符使用过程的一些坑。假设我们的例子简化成如下：

//设置成true，保证表达式 2 被执行
boolean flag = true; 
int simpleInt = 66;
Integer nullInteger = null;

案例 1

第一个案例我们根据如下计算 result 的值。

int result = flag ? nullInteger : simpleInt;

这个案例为开头的例子的简化版本，运算上述代码，将会发生 NPE 的。

为什么会发发生 NPE 呢？

这里可以给大家一个小技巧，当我们从代码上没办法找到答案时，我们可以试试查看一下编译之后字节码，或许是 Java 编译之后增加某些东西，从而导致问题。

使用 javap -s -c class 查看 class 文件字节码，如下：

可以看到字节码中加入一个拆箱操作，而这个拆箱只有可能发生在 nullInteger。

那么为什么 Java 编译器在编译时会对表达式进行拆箱？难道所有数字类型的包装类型都会进行拆箱吗？

三目运算符表达式发生自动拆箱，其实官方在 「The Java Language Specification（简称：JLS）」15.25 节^[1]中做出一些规定，部分内容如下：

JDK7 规范

If the second and third operands have the same type (which may be the null type), then that is the type of the conditional expression.

If one of the second and third operands is of primitive type T, and the type of the other is the result of applying boxing conversion (§5.1.7) to T, then the type of the conditional expression is T.

用大白话讲，如果表达式 2 与表达式 3 类型相同，那么这个不用任何转换，三目运算符表达式结果当然与表达式 2，3 类型一致。

当表达 2 或表达式 3 其中任一一个是基本数据类型，比如 int，而另一个表达式类型为包装类型，比如 Integer，那么三目运算符表达式结果类型将会为基本数据类型，即 int。

ps：有没有疑问？为什么不规定最后结果类型都为包装类那？

这是 Java 语言层面一种规范，但是这个规范如果强制让程序员执行，想必平常使用三目运算符将会比较麻烦。所以面对这种情况， Java 在编译器在编译过程加入自动拆箱进制。

所以上述代码可以等同于下述代码：

int result = flag ? nullInteger.intValue() : simpleInt;

如果我们一开始的代码如上所示，那么这里错误点其实就很明显了。

案例 2

接下来我们在第一个案例基础上修改一下：

//设置成true，保证表达式 2 被执行
boolean flag = true; 
int simpleInt = 66;
Integer nullInteger = null;
Integer objInteger = Integer.valueOf(88);
int result = flag ? nullInteger : objInteger;

运行上述代码，依然会发生 NPE 的问题。当然这次问题发生点与上一个案例不一样，但是错误原因却是一样，还是因为自动拆箱机制导致。

这一次表达式 2 与表达式 3 都为包装类 Integer，所以三目运算符的最后结果类型也会是 Integer。

但是由于 result是 int 基本数据类型，好家伙，数据类型不一致，编译器将会对三目运算符的结果进行自动拆箱。由于结果为 null，自动拆箱将报错了。

上述代码等同为：

int result = (flag ? nullInteger : objInteger).intValue();

案例 3

我们再稍微改造一下案例 1 的例子，如下所示：

//设置成true，保证表达式 2 被执行
boolean flag = true;
int simpleInt = 66;
Integer nullInteger = null;
Integer result = flag ? nullInteger : simpleInt;

案例 3 与案例 1 右边部分完全相同，只不过左边部分的类型不一样，一个为基本数据类型 int，一个为 Integer。

按照案例 1 的分析，这个也会发生 NPE 问题，原因与案例 1 一样。

这个之所以拿出来，其实想说下，上述三目运算符的结果为 int 类型，而左边类型为 Integer，所以这里将会发生自动装箱操作，将 int类型转化为 Integer。

上述代码等同为：

Integer result = Integer.valueOf(flag ? nullInteger.intValue() : simpleInt);

案例 4

最后一个案例，与上面案例都不一样，代码如下：

//设置成true，保证表达式 2 被执行
boolean flag = true; 
Integer nullInteger = null;
Long objLong = Long.valueOf(88l);

Object result = flag ? nullInteger : objLong;

运行上述代码，依然将会发生 NPE 的问题。

这个案例表达式 2 与表达式 3 类型不一样，一个为 Integer，一个为 Long，但是这两个类型都是 Number的子类。

面对上述情况，JLS 规定：

Otherwise, binary numeric promotion (§5.6.2^[2]) is applied to the operand types, and the type of the conditional expression is the promoted type of the second and third operands.

Note that binary numeric promotion performs value set conversion (§5.1.13^[3]) and may perform unboxing conversion (§5.1.8^[4]).

大白话讲，当表达式 2 与表达式 3 类型不一致，但是都为数字类型时，低范围类型将会自动转为高范围数据类型，即向上转型。这个过程将会发生自动拆箱。

Java 中向上转型并不需要添加任何转化，但是向下转换必须强制添加类型转换。

上述代码转化比较麻烦，我们先从字节码上来看：

第一步，将 nullInteger拆箱。

第二步，将上一步的值转为 long 类型，即 (long)nullInteger.intValue()。

第三步，由于表达式 2 变成了基本数据类型，表达式 3 为包装类型，根据案例 1 讲到的规则，包装类型需要转为基本数据类型，所以表达式 3 发生了拆箱。

第四步，由于三目运算符最后的结果类型为基本数据类型：long，但是左边类型为 Object，这里就需要把 long 类型装箱转为包装类型。

所以最后代码等同于：

Object result = Long.valueOf(flag ? (long)nullInteger.intValue() : objLong.longValue());

总结

看完上述四个案例，想必大家应该会有种感受，没想到这么简单的三目运算符，既然暗藏这么多「杀机」。

不过大家也不用过度害怕，不使用三目运算符。只要我们在开发过程重点注意包装类型的自动拆箱问题就好了，另外也要注意三目运算符的计算结果再赋值的时候自动拆箱引发的 NPE 的问题。

最好大家在开发过程中，都遵守一定的规范，即保持表达式 2 与表达式 3 的类型一致，不让 Java 编译器有自动拆箱的机会。

建议大家没事经常看下阿里出品的『Java 开发手册』，在最新的「泰山版」就增加三目运算符的这一节规范。

最后一定要做好的单元测试，不要惯性思维，觉得这么简单的一个东西，看起来根本不可能出错的。

本文选自公众号 “java极客技术”

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