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Switch Expressions sind eine Erweiterung des klassischen switch-Statements in Java. Sie wurden als Vorschau in * JDK 12* eingeführt und in JDK 14 stabilisiert. Sie ermöglichen es, switch nicht nur als Kontrollflussanweisung, sondern auch als Ausdruck zu verwenden, der einen Wert zurückgibt. Dies verbessert die Lesbarkeit und reduziert den Boilerplate-Code.

Eigenschaften von Switch Expressions

  1. Rückgabe eines Wertes:

    • Mit Switch Expressions kann switch jetzt einen Wert zurückgeben, was vorher nicht möglich war.
    • Dies wird durch das neue Schlüsselwort yield erreicht.

  2. Neue Syntax:

    • Eine neue, kompakte Syntax mit -> (Pfeil-Syntax) ersetzt die alte case- und break-Struktur.
    • Man kann aber weiterhin die klassische Syntax verwenden, falls gewünscht.

  3. Fehlervermeidung:

    • Mit der neuen Syntax entfällt das Risiko von "fall-through"-Fehlern (wenn man vergisst, break zu setzen).

  4. Arbeiten mit enum und sealed Klassen:

    • switch kann jetzt besser mit enum-Werten und sealed Klassen kombiniert werden, was das Pattern Matching erleichtert.

Syntax

Klassische switch-Syntax:

Die klassische switch-Syntax besteht aus den case-Blöcken, die mit break enden müssen, um unerwünschte Fall-throughs zu verhindern.

public String dayName(int day) {
    String dayName;
    switch (day) {
        case 1:
            dayName = "Monday";
            break;
        case 2:
            dayName = "Tuesday";
            break;
        case 3:
            dayName = "Wednesday";
            break;
        default:
            dayName = "Unknown";
            break;
    }
    return dayName;
}

Neue Switch-Expression Syntax:

In der neuen Syntax verwenden wir ->, um eine Anweisung oder einen Ausdruck an einen Fall zu binden. Es gibt keine Notwendigkeit für break.

int day = 2;
String dayName = switch (day) {
    case 1 -> "Monday";
    case 2 -> "Tuesday";
    case 3 -> "Wednesday";
    default -> "Unknown";
};

Verwendung von yield:

Das Schlüsselwort yield wird verwendet, um innerhalb von komplexeren Fällen einen Wert zurückzugeben.

int day = 2;
String dayName = switch (day) {
    case 1 -> "Monday";
    case 2 -> {
        System.out.println("Processing day 2");
        yield "Tuesday";
    }
    case 3 -> "Wednesday";
    default -> "Unknown";
};

In diesem Beispiel wird der Fall 2 verwendet, um zusätzlichen Code auszuführen (System.out.println()) und dann mit yield den Wert "Tuesday" zurückzugeben.

Vorteile der neuen Switch Expressions

  1. Verbesserte Lesbarkeit: Der Code wird kompakter und leichter zu lesen, da die Notwendigkeit für break entfällt.
  2. Fehlervermeidung: Die Gefahr von "fall-through"-Fehlern wird vermieden, da jeder case-Block seinen eigenen Ausdruck besitzt.
  3. Rückgabewert: Switch Expressions ermöglichen es, dass switch-Blöcke direkt einen Wert zurückgeben, was den Code eleganter macht.
  4. Flexibilität mit yield: Komplexe Fälle können mit yield behandelt werden, wenn mehr als nur eine einfache Zuordnung in einem Fall erforderlich ist.

Beispiel mit enum:

Switch Expressions sind besonders nützlich beim Arbeiten mit enum-Werten:

enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

Day day = Day.TUESDAY;

String typeOfDay = switch (day) {
    case SATURDAY, SUNDAY -> "Weekend";
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> "Weekday";
};

Hier ordnen wir sowohl SATURDAY als auch SUNDAY dem Wert "Weekend" zu, was den Code sehr kompakt und verständlich macht.

Bedeutung von Exhaustiveness:

  • Wenn eine Switch Expression nicht alle möglichen Fälle abdeckt, führt das zu einem Compilerfehler. Dies ist besonders wichtig, um Laufzeitfehler zu vermeiden, wenn ein nicht abgedeckter Wert auftritt.
  • Java-Compiler prüfen auf Vollständigkeit (exhaustiveness) bei Switch Expressions, um sicherzustellen, dass für jeden möglichen Wert ein passender Fall existiert.

Anwendung bei enum-Werten:

Exhaustiveness ist besonders nützlich in Kombination mit enum-Werten, da Java bei diesem Typ weiß, welche möglichen Werte es gibt. Der Compiler kann prüfen, ob jeder enum-Wert im switch-Ausdruck behandelt wird.

Beispiele:

1. Enum Exhaustiveness:

Da bei einem enum-Typ alle möglichen Werte bekannt sind, muss die Switch Expression jeden enum-Wert abdecken.

enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

Day day = Day.TUESDAY;

String typeOfDay = switch (day) {
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> "Weekday";
    case SATURDAY, SUNDAY -> "Weekend";
};
  • Hier deckt die Switch Expression alle möglichen Werte von Day ab. Deshalb ist sie exhaustiv.
  • Wenn einer der enum-Werte nicht behandelt worden wäre und es keinen default-Fall gäbe, hätte der Compiler einen Fehler geworfen.

Mit der Enumeration Day aus dem vorherigen Beispiel wird der Compiler einen Fehler ausgeben, da in dem Switch Day.FRIDAY nicht behandelt wird.

String typeOfDay = switch (day) {
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY -> "Weekday";
    case SATURDAY, SUNDAY -> "Weekend";
};

2. Fehlende Exhaustiveness und der default-Fall:

Falls nicht alle möglichen Werte abgedeckt werden können, ist ein default-Fall erforderlich, um die Exhaustiveness sicherzustellen.

Day day = Day.TUESDAY;

String typeOfDay = switch (day) {
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> "Weekday";
    // Kein Fall für SATURDAY und SUNDAY
    default -> "Unknown day";
};
  • Hier gibt es keinen Fall für SATURDAY und SUNDAY, aber der default-Fall stellt sicher, dass die Exhaustiveness-Anforderung erfüllt wird.

Vorteile der Exhaustiveness-Prüfung:

  • Sicherheit: Der Compiler verhindert, dass bestimmte Werte unbehandelt bleiben, was zu sichereren Programmen führt.
  • Verlässlichkeit: Es wird sichergestellt, dass der Code alle möglichen Eingaben verarbeiten kann, ohne an einer nicht behandelten Eingabe zu scheitern.
  • Lesbarkeit und Wartbarkeit: Entwickler können durch die Exhaustiveness-Prüfung sicherstellen, dass keine Fälle vergessen werden, insbesondere bei Änderungen oder Erweiterungen in enum-Typen oder sealed-Klassen.

Zusammenfassung:

  • Switch Expressions in Java bieten eine kompaktere und ausdrucksstärkere Möglichkeit, switch zu verwenden.
  • Sie erlauben es, dass switch-Blöcke Werte zurückgeben, was den Code vereinfacht.
  • Die neue Pfeil-Syntax (->) und das yield-Schlüsselwort helfen, unnötige Komplexität zu vermeiden und sicherere, lesbare Programme zu schreiben.
  • Exhaustiveness bedeutet, dass eine Switch Expression alle möglichen Werte eines Typs behandeln muss.
  • Für enum-Typen und sealed-Klassen prüft der Compiler automatisch, ob alle Fälle abgedeckt sind.
  • Falls nicht alle Fälle abgedeckt werden, ist ein default-Fall erforderlich, um die Exhaustiveness sicherzustellen.

Dieses Feature ist ideal für Situationen, in denen mehrere Fälle logisch zusammengehören oder ein Wert von einem switch-Block direkt verwendet werden soll.

Der Begriff "Exhaustiveness" (Vollständigkeit) im Zusammenhang mit Switch Expressions bezieht sich auf die Tatsache, dass ein switch-Ausdruck alle möglichen Werte oder Fälle abdecken muss, die er verarbeiten kann. Java verlangt, dass eine Switch Expression "erschöpfend" (exhaustiv) ist, d. h., sie muss sicherstellen, dass für jeden möglichen Eingabewert ein Fall (case) definiert ist oder zumindest ein default-Fall vorhanden ist.