如何定义Kotlin扩展函数限制可空与非空类型的调用？

问题场景 #

希望实现两个扩展函数，使得以下代码中标记的两处调用无法通过编译：

fun f(nullString: String?, nonNullString: String) {
    nullString.ext() // 预期错误：非空扩展不能直接用在可空接收者上
    nullString.nullExt() // 正常：可空扩展匹配可空接收者
    nonNullString.ext() // 正常：非空扩展匹配非空接收者
    nonNullString.nullExt() // 预期错误：可空扩展不能用在非空接收者上
}

当前写法仅能实现第一处报错，最后一处因String是String?的子类型仍可编译：

fun String.ext(): Unit = TODO()
fun String?.nullExt(): Unit = TODO()

解决方案 #

通过泛型约束结合Nothing?，可以让nullExt仅对String?类型生效，同时拒绝非空String：

fun String.ext(): Unit = TODO()

// 泛型约束限定T必须是String?，且同时是Nothing?的子类型
fun <T : String?> T.nullExt(): Unit where T : Nothing? = TODO()

原理说明 #

• Nothing?是Kotlin中所有可空类型的父类型，但只有null是它的唯一实例。
• 当接收者为String?时，编译器可以推导出T为String?，满足T : String?和T : Nothing?的双重约束，因此可以正常调用。
• 当接收者为非空String时，String并非Nothing?的子类型，无法满足约束条件，编译器会报错找不到匹配的扩展函数。

验证效果 #

使用上述定义后：

• nullString.ext()：因String?无法直接调用String的非空扩展，必须使用安全调用?.或非空断言!!.，编译报错。
• nonNullString.nullExt()：非空String不满足泛型约束，编译报错。
• 其余两处调用均正常通过编译，完全符合需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TWiStErRob