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# 09 | 委托：你为何总是被低估？
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你好，我是朱涛。今天我们来学习Kotlin的委托特性。
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Kotlin的委托主要有两个应用场景，一个是委托类，另一个是委托属性。对比第6讲我们学过的[扩展](https://time.geekbang.org/column/article/475684)来看的话，Kotlin委托这个特性就没有那么“神奇”了。
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因为扩展可以从类的外部，为一个类“添加”成员方法和属性，因此Kotlin扩展的应用场景也十分明确，而Kotlin委托的应用场景就没那么清晰了。这也是很多人会“重视扩展”，而“轻视委托”的原因。
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然而，我要告诉你的是，**Kotlin“委托”的重要性一点也不比“扩展”低**。Kotlin委托在软件架构中可以发挥巨大的作用，在掌握了Kotlin委托特性后，你不仅可以改善应用的架构，还可以大大提升开发效率。
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另外，如果你是Android工程师，你会发现Jetpack Compose当中大量使用了Kotlin委托特性。可以说，如果你不理解委托，你就无法真正理解Jetpack Compose。
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看到这里，想必你也已经知道Kotlin委托的重要性了，接下来就来开启我们的学习之旅吧！
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## 委托类
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我们先从委托类开始，它的使用场景非常简单易懂：它常常用于实现类的“委托模式”。我们来看个简单例子：
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interface DB {
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fun save()
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}
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class SqlDB() : DB {
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override fun save() { println("save to sql") }
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}
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class GreenDaoDB() : DB {
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override fun save() { println("save to GreenDao") }
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}
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// 参数 通过 by 将接口实现委托给 db
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// ↓ ↓
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class UniversalDB(db: DB) : DB by db
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fun main() {
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UniversalDB(SqlDB()).save()
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UniversalDB(GreenDaoDB()).save()
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}
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/*
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输出：
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save to sql
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save to GreenDao
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*/
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```
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以上的代码当中，我们定义了一个DB接口，它的save()方法用于数据库存储，SqlDB和GreenDaoDB都实现了这个接口。接着，我们的UniversalDB也实现了这个接口，同时通过by这个关键字，将接口的实现委托给了它的参数db。
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这种委托模式在我们的实际编程中十分常见，UniversalDB相当于一个壳，它虽然实现了DB这个接口，但并不关心它怎么实现。具体是用SQL还是GreenDao，传不同的委托对象进去，它就会有不同的行为。
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另外，以上委托类的写法，等价于以下Java代码，我们可以再进一步来看下：
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```java
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class UniversalDB implements DB {
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DB db;
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public UniversalDB(DB db) { this.db = db; }
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// 手动重写接口，将 save 委托给 db.save()
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@Override// ↓
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public void save() { db.save(); }
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}
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```
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以上代码显示，save()将执行流程委托给了传入的db对象。所以说，Kotlin的委托类提供了**语法层面的委托模式**。通过这个by关键字，就可以自动将接口里的方法委托给一个对象，从而可以帮我们省略很多接口方法适配的模板代码。
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委托类很好理解，下面让我们重点来看看Kotlin的委托属性。
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## 委托属性
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正如我们前面所讲的，**Kotlin“委托类”委托的是接口方法，而“委托属性”委托的，则是属性的getter、setter。**在[第1讲](https://time.geekbang.org/column/article/472154)中，我们知道val定义的属性，它只有get()方法；而var定义的属性，既有get()方法，也有set()方法。
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那么，属性的getter、setter委托出去以后，能有什么用呢？我们可以从Kotlin官方提供的标准委托那里找到答案。
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### 标准委托
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Kotlin提供了好几种标准委托，其中包括两个属性之间的直接委托、by lazy懒加载委托、Delegates.observable观察者委托，以及by map映射委托。前面两个的使用频率比较高，后面两个频率比较低。这里，我们就主要来了解下前两种委托属性。
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**将属性A委托给属性B**
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从Kotlin 1.4 开始，我们可以直接在语法层面将“属性A”委托给“属性B”，就像下面这样：
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```plain
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class Item {
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var count: Int = 0
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// ① ②
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// ↓ ↓
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var total: Int by ::count
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}
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```
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以上代码定义了两个变量，count和total，其中total的值与count完全一致，因为我们把total这个属性的getter和setter都委托给了count。
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注意，代码中的两处注释是关键：注释①，代表total属性的getter、setter会被委托出去；注释②，::count，代表total被委托给了count。这里的“::count”是**属性的引用**，它跟我们前面学过的[函数引用](https://time.geekbang.org/column/article/476637)是一样的概念。
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total和count两者之间的委托关系一旦建立，就代表了它们两者的getter和setter会完全绑定在一起，如果要用代码来解释它们背后的逻辑，它们之间的关系会是这样：
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```plain
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// 近似逻辑，实际上，底层会生成一个Item$total$2类型的delegate来实现
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class Item {
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var count: Int = 0
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var total: Int
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get() = count
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set(value: Int) {
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count = value
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}
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}
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```
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也就是，当total的get()方法被调用时，它会直接返回count的值，也就意味着会调用count的get()方法；而当total的set()方法被调用时，它会将value传递给count，也就意味着会调用count的set()方法。
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也许你会好奇：Kotlin 1.4提供的这个特性有啥用？为什么要分别定义count和total？我们直接用count不好吗？
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这个特性，其实对我们**软件版本之间的兼容**很有帮助。假设Item是服务端接口的返回数据，1.0版本的时候，我们的Item当中只count这一个变量：
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```plain
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// 1.0 版本
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class Item {
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var count: Int = 0
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}
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```
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而到了2.0版本的时候，我们需要将count修改成total，这时候问题就出现了，如果我们直接将count修改成total，我们的老用户就无法正常使用了。但如果我们借助委托，就可以很方便地实现这种兼容。我们可以定义一个新的变量total，然后将其委托给count，这样的话，2.0的用户访问total，而1.0的用户访问原来的count，由于它们是委托关系，也不必担心数值不一致的问题。
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好了，除了属性之间的直接委托以外，还有一种委托是我们经常会用到的，那就是懒加载委托。
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**懒加载委托**
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懒加载，顾名思义，就是对于一些需要消耗计算机资源的操作，我们希望它在被访问的时候才去触发，从而避免不必要的资源开销。前面[第5讲](https://time.geekbang.org/column/article/475058)学习单例的时候，我们就用到了by lazy的懒加载。其实，这也是软件设计里十分常见的模式，我们来看一个例子：
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```plain
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// 定义懒加载委托
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// ↓ ↓
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val data: String by lazy {
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request()
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}
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fun request(): String {
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println("执行网络请求")
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return "网络数据"
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}
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fun main() {
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println("开始")
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println(data)
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println(data)
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}
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结果：
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开始
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执行网络请求
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网络数据
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网络数据
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```
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通过“**by lazy{}**”，我们就可以实现属性的懒加载了。这样，通过上面的执行结果我们会发现：main()函数的第一行代码，由于没有用到data，所以request()函数也不会被调用。到了第二行代码，我们要用到data的时候，request()才会被触发执行。到了第三行代码，由于前面我们已经知道了data的值，因此也不必重复计算，直接返回结果即可。
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并且，如果你去看懒加载委托的源代码，你会发现，它其实是一个**高阶函数**：
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```plain
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public actual fun <T> lazy(initializer: () -> T): Lazy<T> = SynchronizedLazyImpl(initializer)
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public actual fun <T> lazy(mode: LazyThreadSafetyMode, initializer: () -> T): Lazy<T> =
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when (mode) {
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LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED -> SynchronizedLazyImpl(initializer)
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LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION -> SafePublicationLazyImpl(initializer)
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LazyThreadSafetyMode.NONE -> UnsafeLazyImpl(initializer)
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}
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```
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可以看到，lazy()函数可以接收一个LazyThreadSafetyMode类型的参数，如果我们不传这个参数，它就会直接使用SynchronizedLazyImpl的方式。而且通过它的名字我们也能猜出来，它是为了多线程同步的。而剩下的SafePublicationLazyImpl、UnsafeLazyImpl，则不是多线程安全的。
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好了，除了这两种标准委托以外，Kotlin也还提供了[Delegates.observable观察者委托](https://kotlinlang.org/docs/delegated-properties.html#observable-properties)、[by map映射委托](https://kotlinlang.org/docs/delegated-properties.html#storing-properties-in-a-map)，这两种委托比较简单，你可以点击这里给出的链接去了解它们的定义与用法。
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### 自定义委托
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在学完Kotlin的标准委托以后，你也许会好奇：**是否可以根据需求实现自己的属性委托呢？**答案当然是可以的。
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不过，为了自定义委托，我们必须遵循Kotlin制定的规则。
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```plain
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class StringDelegate(private var s: String = "Hello") {
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// ① ② ③
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// ↓ ↓ ↓
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operator fun getValue(thisRef: Owner, property: KProperty<*>): String {
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return s
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}
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// ① ② ③
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// ↓ ↓ ↓
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operator fun setValue(thisRef: Owner, property: KProperty<*>, value: String) {
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||
s = value
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||
}
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||
}
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// ②
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// ↓
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class Owner {
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// ③
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// ↓
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var text: String by StringDelegate()
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}
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```
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以上代码一共有三套注释，我分别标注了①、②、③，其中注释①有两处，注释②有三处，注释③也有三处，相同注释标注出来的地方，它们之间存在密切的关联。
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首先，看到两处注释①对应的代码，对于var修饰的属性，我们必须要有getValue、setValue这两个方法，同时，这两个方法必须有 **operator** 关键字修饰。
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其次，看到三处注释②对应的代码，我们的text属性是处于Owner这个类当中的，因此getValue、setValue这两个方法中的thisRef的类型，必须要是Owner，或者是Owner的父类。也就是说，我们将thisRef的类型改为 **Any** 也是可以的。一般来说，这三处的类型是一致的，当我们不确定委托属性会处于哪个类的时候，就可以将thisRef的类型定义为“Any?”。
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最后，看到三处注释③对应的代码，由于我们的text属性是String类型的，为了实现对它的委托，getValue的返回值类型，以及setValue的参数类型，都必须是 **String类型或者是它的父类**。大部分情况下，这三处的类型都应该是一致的。
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不过上面这段代码看起来还挺吓人的，刚开始的时候你也许会不太适应。但没关系，**你只需要把它当作一个固定格式就行了**。你在自定义委托的时候，只需要关心3个注释标注出来的地方即可。
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而如果你觉得这样的写法实在很繁琐，也可以借助Kotlin提供的ReadWriteProperty、ReadOnlyProperty这两个接口，来自定义委托。
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```plain
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public fun interface ReadOnlyProperty<in T, out V> {
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public operator fun getValue(thisRef: T, property: KProperty<*>): V
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||
}
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public interface ReadWriteProperty<in T, V> : ReadOnlyProperty<T, V> {
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||
public override operator fun getValue(thisRef: T, property: KProperty<*>): V
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public operator fun setValue(thisRef: T, property: KProperty<*>, value: V)
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||
}
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```
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如果我们需要为val属性定义委托，我们就去实现ReadOnlyProperty这个接口；如果我们需要为var属性定义委托，我们就去实现ReadWriteProperty这个接口。这样做的好处是，通过实现接口的方式，IntelliJ可以帮我们自动生成override的getValue、setValue方法。
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以前面的代码为例，我们的StringDelegate，也可以通过实现ReadWriteProperty接口来编写：
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```plain
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class StringDelegate(private var s: String = "Hello"): ReadWriteProperty<Owner, String> {
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override operator fun getValue(thisRef: Owner, property: KProperty<*>): String {
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return s
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||
}
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override operator fun setValue(thisRef: Owner, property: KProperty<*>, value: String) {
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||
s = value
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||
}
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||
}
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```
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### 提供委托（provideDelegate）
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接着前面的例子，假设我们现在有一个这样的需求：我们希望StringDelegate(s: String)传入的初始值s，可以根据委托属性的名字的变化而变化。我们应该怎么做？
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实际上，要想在属性委托之前再做一些额外的判断工作，我们可以使用**provideDelegate**来实现。
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看看下面的SmartDelegator你就会明白：
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```plain
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class SmartDelegator {
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operator fun provideDelegate(
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thisRef: Owner,
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prop: KProperty<*>
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): ReadWriteProperty<Owner, String> {
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return if (prop.name.contains("log")) {
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StringDelegate("log")
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} else {
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StringDelegate("normal")
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}
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}
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||
}
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class Owner {
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var normalText: String by SmartDelegator()
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var logText: String by SmartDelegator()
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}
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fun main() {
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val owner = Owner()
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println(owner.normalText)
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println(owner.logText)
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}
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结果：
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normal
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log
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```
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可以看到，为了在委托属性的同时进行一些额外的逻辑判断，我们使用创建了一个新的SmartDelegator，通过它的成员方法provideDelegate嵌套了一层，在这个方法当中，我们进行了一些逻辑判断，然后再把属性委托给StringDelegate。
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如此一来，通过provideDelegate这样的方式，我们不仅可以嵌套Delegator，还可以根据不同的逻辑派发不同的Delegator。
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## 实战与思考
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至此，我们就算是完成了Kotlin委托的学习，包括委托类、委托属性，还有4种标准委托模式。除了这些之外，我们还学习了如何自定义委托属性，其中包括我们自己实现getValue、setValue两个方法，还有通过实现ReadOnlyProperty、ReadWriteProperty这两个接口。而对于更复杂的委托逻辑，我们还需要采用provideDelegate的方式，来嵌套Delegator。
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这里，为了让你对Kotlin委托的应用场景有一个更清晰的认识，我再带你一起来看看几个Android的代码案例。
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### 案例1：属性可见性封装
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在软件设计当中，我们会遇到这样的需求：对于某个成员变量data，我们希望类的外部可以访问它的值，但不允许类的外部修改它的值。因此我们经常会写出类似这样的代码：
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class Model {
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var data: String = ""
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// ①
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private set
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private fun load() {
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// 网络请求
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data = "请求结果"
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}
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}
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```
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请留意代码注释①处，我们将data属性的set方法声明为private的，这时候，data属性的set方法只能从类的内部访问，这就意味着类的外部无法修改data的值了，但类的外部仍然可以访问data的值。
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这样的代码模式很常见，我们在Java/C当中也经常使用，不过当我们的data类型从String变成集合以后，问题就不一样了。
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```plain
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class Model {
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val data: MutableList<String> = mutableListOf()
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private fun load() {
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// 网络请求
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data.add("Hello")
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}
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}
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fun main() {
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val model = Model()
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// 类的外部仍然可以修改data
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model.data.add("World")
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}
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```
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对于集合而言，即使我们将其定义为只读变量val，类的外部一旦获取到data的实例，它仍然可以调用集合的add()方法修改它的值。这个问题在Java当中几乎没有优雅的解法。只要你暴露了集合的实例给外部，外部就可以随意修改集合的值。这往往也是Bug的来源，这样的Bug还非常难排查。
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而在这个场景下，我们前面学习的“两个属性之间的委托”这个语法，就可以派上用场了。
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```plain
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class Model {
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val data: List<String> by ::_data
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private val _data: MutableList<String> = mutableListOf()
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fun load() {
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||
_data.add("Hello")
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}
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}
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```
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在上面的代码中，我们定义了两个变量，一个变量是公开的“data”，它的类型是List，这是Kotlin当中不可修改的List，它是没有add、remove等方法的。
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接着，我们通过委托语法，将data的getter委托给了\_data这个属性。而\_data这个属性的类型是MutableList，这是Kotlin当中的可变集合，它是有add、remove方法的。由于它是private修饰的，类的外部无法直接访问，通过这种方式，我们就成功地将修改权保留在了类的内部，而类的外部访问是不可变的List，因此类的外部只能访问数据。
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### 案例2：数据与View的绑定
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在Android当中，如果我们要对“数据”与“View”进行绑定，我们可以用DataBinding，不过DataBinding太重了，也会影响编译速度。其实，除了DataBinding以外，我们还可以借助Kotlin的自定义委托属性来实现类似的功能。这种方式不一定完美，但也是一个有趣的思路。
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这里我们以TextView为例：
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```plain
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operator fun TextView.provideDelegate(value: Any?, property: KProperty<*>) = object : ReadWriteProperty<Any?, String?> {
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override fun getValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>): String? = text
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override fun setValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>, value: String?) {
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text = value
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}
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}
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```
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以上的代码，我们为TextView定义了一个扩展函数TextView.provideDelegate，而这个扩展函数的返回值类型是ReadWriteProperty。通过这样的方式，我们的TextView就相当于支持了String属性的委托了。
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它的使用方式也很简单：
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```plain
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val textView = findViewById<textView>(R.id.textView)
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// ①
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var message: String? by textView
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// ②
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textView.text = "Hello"
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println(message)
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// ③
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message = "World"
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println(textView.text)
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结果：
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Hello
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World
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```
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在注释①处的代码，我们通过委托的方式，将message委托给了textView。这意味着，message的getter和setter都将与TextView关联到一起。
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在注释②处，我们修改了textView的text属性，由于我们的message也委托给了textView，因此这时候，println(message)的结果也会变成“Hello”。
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在注释③处，我们改为修改message的值，由于message的setter也委托给了textView，因此这时候，println(textView.text)的结果会跟着变成“World”。
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### 案例3：ViewModel委托
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在Android当中，我们会经常用到ViewModel来存储界面数据。同时，我们不会直接创建ViewModel的实例，而对应的，我们会使用委托的方式来实现。
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```plain
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// MainActivity.kt
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private val mainViewModel: MainViewModel by viewModels()
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```
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这一行代码虽然看起来很简单，但它背后隐藏了ViewModel复杂的实现原理。为了不偏离本节课的主题，我们先抛开ViewModel的实现原理不谈。在这里，我们专注于研究ViewModel的委托是如何实现的。
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我们先来看看viewModels()是如何实现的：
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```plain
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public inline fun <reified VM : ViewModel> ComponentActivity.viewModels(
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noinline factoryProducer: (() -> Factory)? = null
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): Lazy<VM> {
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val factoryPromise = factoryProducer ?: {
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defaultViewModelProviderFactory
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}
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return ViewModelLazy(VM::class, { viewModelStore }, factoryPromise)
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}
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public interface Lazy<out T> {
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public val value: T
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public fun isInitialized(): Boolean
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}
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```
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原来，viewModels()是Activity的一个**扩展函数**。也是因为这个原因，我们才可以直接在Activity当中直接调用viewModels()这个方法。
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另外，我们注意到，viewModels()这个方法的返回值类型是Lazy，那么，它是如何实现委托功能的呢？
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```plain
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public inline operator fun <T> Lazy<T>.getValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>): T = value
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```
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实际上，Lazy类在**外部**还定义了一个扩展函数getValue()，这样，我们的只读属性的委托就实现了。而Android官方这样的代码设计，就再一次体现了**职责划分、关注点分离**的原则。Lazy类只包含核心的成员，其他附属功能，以扩展的形式在Lazy外部提供。
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## 小结
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最后，让我们来做一个总结吧。
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* 委托类，委托的是**接口的方法**，它在语法层面支持了“委托模式”。
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* 委托属性，委托的是**属性的getter、setter**。虽然它的核心理念很简单，但我们借助这个特性可以设计出非常复杂的代码。
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* 另外，Kotlin官方还提供了几种标准的属性委托，它们分别是：两个属性之间的直接委托、by lazy懒加载委托、Delegates.observable观察者委托，以及by map映射委托；
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* 两个属性之间的直接委托，它是Kotlin 1.4提供的新特性，它在**属性版本更新、可变性封装**上，有着很大的用处；
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* by lazy懒加载委托，可以让我们灵活地使用**懒加载**，它一共有三种线程同步模式，默认情况下，它就是线程安全的；Android当中的viewModels()这个扩展函数在它的内部实现的懒加载委托，从而实现了功能强大的ViewModel；
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* 除了标准委托以外，Kotlin可以让我们开发者**自定义委托**。自定义委托，我们需要**遵循Kotlin提供的一套语法规范**，只要符合这套语法规范，就没问题；
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* 在自定义委托的时候，如果我们有灵活的需求时，可以使用**provideDelegate**来动态调整委托逻辑。
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看到这里，相信你也发现了，Kotlin当中看起来毫不起眼的委托，实际上它的功能是极其强大的，甚至可以说它比起**扩展**毫不逊色。其实，只是因为Kotlin的委托语法要比扩展更难一些，所以它的价值才更难被挖掘出来，进而也就容易被开发者所低估。
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希望这节课的内容可以对你有所启发，也希望你可以将Kotlin强大的委托语法，应用到自己的工作当中去。
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## 思考题
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这节课我们学习了Kotlin的委托语法，也研究了几个委托语法的使用场景，请问你还能想到哪些Kotlin委托的使用场景呢？欢迎在评论区分享你的思路，我们下节课再见。
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