Kotlin 中的 '[]'

Kotlin 的 `[]` 到底是什么

刚写 Kotlin 时，我就很快爱上了 map["key"]、list[i] 这种简洁的 [] 写法。它看起来就像在其他语言中早已熟悉的“下标访问”，但更准确的说法是：[] 是编译器提供的运算符约定（operator convention）语法糖。它既能访问 List/Array，也能用于 Map，甚至可以被自定义到任何类型上。

1) `[]` 的原理：编译期改写为 `get/set`

Kotlin 的 [] 并不是某种“运行时特性”。编译器会把它静态地改写成函数调用：

读取：a[b] → a.get(b)
写入：a[b] = c → a.set(b, c)

只要你的类型（成员函数或扩展函数）提供了相应签名，并用 operator 修饰，就可以使用 []。一个简单的自定义类实现例子如下：

class Grid<T>(private val data: Array<Array<T>>) {
    operator fun get(x: Int, y: Int): T = data[x][y]
    operator fun set(x: Int, y: Int, v: T) { data[x][y] = v }
}

fun main() {
	val g = Grid(arrayOf(arrayOf(1, 2), arrayOf(3, 4)))
	println(g[1, 0]) // 等价于 g.get(1, 0)
	g[0, 1] = 9      // 等价于 g.set(0, 1, 9)
}

然而细心的小伙伴可能就已注意到了：当我们在 Kotlin 中使用 mutableMapOf<K, V>() 在底层创建java.util.LinkedHashMap<K, V>时， Java 类本身并没有定义set方法，我们却仍可以在 Kotlin 侧直接用索引语法。这是因为其借助了 Kotlin 另一个强大的功能：扩展方法。

@kotlin.internal.InlineOnly  
public inline operator fun <@kotlin.internal.OnlyInputTypes K, V> Map<out K, V>.get(key: K): V? =  
    @Suppress("UNCHECKED_CAST") (this as Map<K, V>).get(key)  
  
/**  
 * Allows to use the index operator for storing values in a mutable map. */@kotlin.internal.InlineOnly  
public inline operator fun <K, V> MutableMap<K, V>.set(key: K, value: V): Unit {  
    put(key, value)  
}

另外，在 Kotlin/Java 互操作里，只要 Java 类上确实存在符合签名的 get(...) / set(...) 实例方法，Kotlin 侧通常就可以直接用 []——不需要在 Java 里写什么 operator（Java 也没这个关键字）。Kotlin 编译器会把 a[i]/a[i]=v 按“运算符约定”解析到这些方法上。

关键点

索引参数不必一定是 Int：Map 的 key 就是泛型 K。
a[x, y] 这种“多参数索引”是合法的，本质是 get(x, y)。
这是编译期语法糖：是否能用 []，由静态类型上有没有匹配的 operator get/set 决定。

2) Kotlin 标准集合里 `[]` 的语义：Map ≠ List/Array

虽然都用 []，但 Map 与 List/Array 的失败策略完全不同。这是 Kotlin 设计中很重要的语义区分，写码时也需要注意。

2.1 Map：查询语义（缺失返回 null）

对 Map<K, V>：

map[key] 会调用 get(key)
key 不存在 → 返回 null
因此返回类型通常是 V?

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val m = mapOf("a" to 1)
println(m["a"]) // 1
println(m["b"]) // null

注意：即使 key 存在，value 也可能是 null（当 V 允许为 null 时）。所以 null 可能表示两种情况：

key 不存在
key 存在但 value 本来就是 null

如果希望“缺 key 就直接失败（抛异常等）”，常见的处理方式是：

map.getValue(key)：缺失抛 NoSuchElementException
requireNotNull(map[key])
map[key] ?: error("...")

2.2 List / Array / String：索引语义（越界抛异常）

对 List、Array、String：

list[i] / arr[i] / s[i] 是严格索引访问
越界会抛异常（如 IndexOutOfBoundsException、StringIndexOutOfBoundsException）

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val list = listOf(10, 20)
println(list[1]) // 20
println(list[2]) // 抛异常

Kotlin也提供了更安全的替代版本：

getOrNull(i)：越界返回 null
getOrElse(i) { default }：越界返回默认值

1 2	println(list.getOrNull(2)) // null println(list.getOrElse(2) { -1 }) // -1

2.3 Set：通常没有 `[]`

Set 不支持“按位置”或“按 key”索引，因此没有 set[i] 这种形式。常用的是：

x in set / set.contains(x) 判断元素是否存在

3) 和 C / Java / Python 的 `[]` 对比

[] 是一个长得很像、但在不同语言里“底层机制与语义”差别极大的符号。如果你像我一样日常需要经常在不同语言的项目间来回切换时，可能会搞混，或者直接认为 Kotlin的 [] 与其他语言完全是一种东西。然而他们虽为同一个符号，实际却有着不同的契约。

3.1 Kotlin vs Java：Java 没有通用的 `[]` 重载

Java 的 [] 只用于数组访问（和数组类型语法），例如 arr[i]。
Java 不能把 obj[key] 解释成方法调用（没有运算符重载），所以 Java 中 Map 访问只能写：

1	map.get(key)

而 Kotlin 的 map[key] 对 JVM 来说仍然只是一次 get(key) 方法调用，是 Kotlin 编译器提供的语法糖。

3.2 Kotlin vs C：C 的 `[]` 是指针算术（无边界检查）

C 里 a[i] 等价于 *(a + i)：

越界通常是未定义行为（可能崩溃，也可能悄悄读错）
不存在“缺失返回 null”的统一约定

而Kotlin 的 List/Array 越界是受控失败（抛异常），错误更可见、更可定位。

3.3 Kotlin vs Python：都“像方法”，但 Kotlin 是静态的、Python 更动态

Python 的：

obj[key] → obj.__getitem__(key)
obj[key] = v → obj.__setitem__(key, v)

这和 Kotlin 的“映射到方法”很相似，但差异非常关键：

动态 vs 静态：Python 在运行时决定调用谁；Kotlin 在编译期由静态类型解析 get/set。
切片语法：Python 有内建 a[1:5]（slice）。
Kotlin 没有内建切片 []：list[1..5] 默认不表示切片（除非自己定义 get(IntRange)）。
负数索引：Python a[-1] 是最后一个元素；Kotlin list[-1] 会越界异常（没有特殊语义）。

3.4 Kotlin vs C++：都可重载，但容器默认行为不同

C++ 也能重载 operator[]，但很多容器的 operator[] 语义可能是“缺 key 自动插入默认值”（如 std::map）。
Kotlin 的 Map [] 不会插入，它是纯查询；要写入必须显式调用 map[key] = value。

注意

List/Array/String 的 [] 越界就抛异常，不像 C 那样“可能悄悄错”。
Kotlin 没有 Python 那种内建切片；list[1..3] 不是默认用法。
Kotlin 的 [] 解析看静态类型：能不能用、用哪个 get，编译期就决定了。
Kotlin Map 的 [] 不会像某些 C++ 容器那样访问即插入。

4) 总结

Kotlin 的 [] 是编译器把语法改写成 operator get/set 调用。
Map 的 [] 是“查询”，缺失返回 null；List/Array/String 的 [] 是“索引”，越界抛异常。
虽然符号相同，但和 C（指针算术）、Java（无重载）、Python（动态 + 切片/负索引）相比，契约差异很大，跨语言迁移时要特别留意。

附：自用速查

场景	Kotlin 写法	失败行为
Map 查值	`map[key]`	key 不存在 → `null`
Map 强制必须存在	`map.getValue(key)`	不存在 → 抛异常
List/Array 索引	`list[i]` / `arr[i]`	越界 → 抛异常
安全索引	`list.getOrNull(i)`	越界 → `null`
Set 判断存在	`x in set`	返回 `true/false`

Kotlin 的 [] 到底是什么

1) [] 的原理：编译期改写为 get/set

2) Kotlin 标准集合里 [] 的语义：Map ≠ List/Array