带你领略 Kotlin 的精髓
作者:申国骏
https://www.jianshu.com/p/dde889de34c7
前言
从谨慎地在项目中引入kotlin到全部转为kotlin开发我们用了大概半年的时间。这中间经历了从在一个小功能中尝试使用到完全使用kotlin完成了大版本开发的过程。使用方法也从仅仅地用java风格写kotlin代码,慢慢地变成使用kotlin风格去编写代码。
到目前为止,kotlin的引入至少没有给我们带来不必要的麻烦,在慢慢品尝kotlin语法糖的过程中,我们领略到了能给开发者真正带来好处的一些特性。本文就是对这些我们认为是精髓的一些特性的进行总结,希望能给还在犹豫是否要开始学习kotlin或者刚开始编写kotlin但是不知道该如何利用kotlin的人们先一睹kotlin的优雅风采。
Kotlin设计哲学
KotlinConf 2018 - Conference Opening Keynote by Andrey Breslav 上讲的Kotlin设计理念:
Kotlin拥有强大的IDE厂商Intellij和Google的支持,保证了其务实、简洁、安全和与JAVA互操作的良好设计理念。
其中务实表示了Kotlin并没有独创一些当前没有或大众不太熟悉的设计理念,而是吸收了众多其他语言的精髓,并且提供强大的IDE支持,能真正方便开发者运用到实际项目之中。
简洁主要指的是Kotlin支持隐藏例如getter、setter等Java样板代码,并且有大量的标准库以及灵活的重载和扩展机制,来使代码变得更加直观和简洁。
安全主要是说空值安全的控制以及类型自动检测,帮助减少NullPointerException以及ClassCastException。
与Java互操作以为这可以与Java相互调用、混合调试以及同步重构,同时支持Java到kotlin代码的自动转换。
空值安全
Kotlin类型分为可空和非可空,赋值null到非可空类型会编译出错
fun main() {
var a: String = "abc"
a = null // compilation error
var b: String? = "abc"
b = null // ok
}
对空的操作有以下这些
// 用Java实现
public void sendMessageToClient(
@Nullable Client client,
@Nullable String message,
@NotNull Mailer mailer
) {
if (client == null || message == null) return;
PersonalInfo personalInfo = client.getPersonalInfo();
if (personalInfo == null) return;
String email = personalInfo.getEmail();
if (email == null) return;
mailer.sendMessage(email, message);
}
// 用Kotlin实现
fun sendMessageToClient(
client: Client?,
message: String?,
mailer: Mailer
){
val email = client?.personalInfo?.email
if (email != null && message != null) {
mailer.sendMessage(email, message)
}
}
扩展函数
扩展函数是Kotlin精华特点之一,可以给别人的类添加方法或者属性,使得方法调用更加自然和直观。通过扩展函数的特性,Kotlin内置了大量的辅助扩展方法,非常实用。下面我们通过这个例子看一下
fun main() {
val list = arrayListOf<Int>(1, 5, 3, 7, 9, 0)
println(list.sortedDescending())
println(list.joinToString(
separator = " | ",
prefix = "(",
postfix = ")"
) {
val result = it + 1
result.toString()
})
}
其中sortedDescending以及joinToString都是Kotlin内置的扩展方法。
上述的函数会输出
public fun <T : Comparable<T>> Iterable<T>.sortedDescending(): List<T> {
return sortedWith(reverseOrder())
}
public fun <T> Iterable<T>.joinToString(separator: CharSequence = ", ", prefix: CharSequence = "", postfix: CharSequence = "", limit: Int = -1, truncated: CharSequence = "...", transform: ((T) -> CharSequence)? = null): String {
return joinTo(StringBuilder(), separator, prefix, postfix, limit, truncated, transform).toString()
}
可见sortedDescending和joinToString都是对Iterable类对象的一个扩展方法。
我们也可以自己实现一个自定义的扩展函数如下:
fun Int.largerThen(other: Int): Boolean {
return this > other
}
fun main() {
println(2.largerThen(1))
}
上述代码输出为true
通过扩展函数我们以非常直观的方式,将某个类对象的工具类直接使用该类通过"."方式调用。
当然扩展函数是一种静态的实现方式,不会对原来类对象的方法进行覆盖,也不会有正常函数的子类方法覆盖父类方法现象。
扩展属性
扩展属性与扩展函数类似,也是可以直接给类对象增加一个属性。例如:
var StringBuilder.lastChar: Char
get() = get(length -1)
set(value: Char) {
this.setCharAt(length -1, value)
}
fun main() {
val sb = StringBuilder("kotlin")
println(sb.lastChar)
sb.lastChar = '!'
println(sb.lastChar)
}
无论是扩展函数还是扩展属性,都是对Java代码中utils方法很好的改变,可以避免多处相似功能的util定义以及使得调用更为直观。
集合
通过扩展的方式,Kotlin对集合类提供了非常丰富且实用的诸多工具,只有你想不到,没有你做不到。下面我们通过 Kotlin Koans 上的一个例子来说明一下:
data class Shop(val name: String, val customers: List<Customer>)
data class Customer(val name: String, val city: City, val orders: List<Order>) {
override fun toString() = "$name from ${city.name}"
}
data class Order(val products: List<Product>, val isDelivered: Boolean)
data class Product(val name: String, val price: Double) {
override fun toString() = "'$name' for $price"
}
data class City(val name: String) {
override fun toString() = name
}
以上是数据结构的定义,我们有一个超市,超市有很多顾客,每个顾客有很多笔订单,订单对应着一定数量的产品。下面我们来通过集合的操作来完成以下任务。
操作符 | 作用 |
---|---|
filter | 将集合里的元素过滤,并返回过滤后的元素 |
map | 将集合里的元素一一对应转换为另一个元素 |
// 返回商店中顾客来自的城市列表
fun Shop.getCitiesCustomersAreFrom(): Set<City> = customers.map { it.city }.toSet()
// 返回住在给定城市的所有顾客
fun Shop.getCustomersFrom(city: City): List<Customer> = customers.filter { it.city == city }
操作符 | 作用 |
---|---|
all | 判断集合中的所有元素是否满足某个条件,都满足返回true |
any | 判断集合中是否有元素满足某个条件,有则返回true |
count | 返回集合中满足某个条件的元素数量 |
find | 查找集合中满足某个条件的一个元素,不存在则返回null |
// 如果超市中所有顾客都来自于给定城市,则返回true
fun Shop.checkAllCustomersAreFrom(city: City): Boolean = customers.all { it.city == city }
// 如果超市中有某个顾客来自于给定城市,则返回true
fun Shop.hasCustomerFrom(city: City): Boolean = customers.any{ it.city == city}
// 返回来自于某个城市的所有顾客数量
fun Shop.countCustomersFrom(city: City): Int = customers.count { it.city == city }
// 返回一个住在给定城市的顾客,若无返回null
fun Shop.findAnyCustomerFrom(city: City): Customer? = customers.find { it.city == city }
操作符 | 作用 |
---|---|
flatMap | 将集合的元素转换为另外的元素(非一一对应) |
// 返回所有该顾客购买过的商品集合
fun Customer.getOrderedProducts(): Set<Product> = orders.flatMap { it.products }.toSet()
// 返回超市中至少有一名顾客购买过的商品列表
fun Shop.getAllOrderedProducts(): Set<Product> = customers.flatMap { it.getOrderedProducts() }.toSet()
操作符 | 作用 |
---|---|
max | 返回集合中以某个条件排序的最大的元素 |
min | 返回集合中以某个条件排序的最小的元素 |
// 返回商店中购买订单次数最多的用户
fun Shop.getCustomerWithMaximumNumberOfOrders(): Customer? = customers.maxBy { it.orders.size }
// 返回顾所购买过的最贵的商品
fun Customer.getMostExpensiveOrderedProduct(): Product? = orders.flatMap { it.products }.maxBy { it.price }
操作符 | 作用 |
---|---|
sort | 根据某个条件对集合元素进行排序 |
sum | 对集合中的元素按照某种规则进行相加 |
groupBy | 对集合中的元素按照某种规则进行组合 |
// 按照购买订单数量升序返回商店的顾客
fun Shop.getCustomersSortedByNumberOfOrders(): List<Customer> = customers.sortedBy { it.orders.size }
// 返回顾客在商店中购买的所有订单价格总和
fun Customer.getTotalOrderPrice(): Double = orders.flatMap { it.products }.sumByDouble { it.price }
// 返回商店中居住城市与顾客的映射
fun Shop.groupCustomersByCity(): Map<City, List<Customer>> = customers.groupBy { it.city }
操作符 | 作用 |
---|---|
partition | 根据某种规则将集合中的元素分为两组 |
fold | 对集合的元素按照某个逻辑进行一一累计 |
// 返回商店中未送到订单比送达订单要多的顾客列表
fun Shop.getCustomersWithMoreUndeliveredOrdersThanDelivered(): Set<Customer> = customers.filter {
val (delivered, undelivered) = it.orders.partition { it.isDelivered }
undelivered.size > delivered.size
}.toSet()
// 对所有顾客购买过的商品取交集,返回所有顾客都购买过的商品列表
fun Shop.getSetOfProductsOrderedByEveryCustomer(): Set<Product> {
val allProduct = customers.flatMap { it.orders }.flatMap { it.products }.toSet()
return customers.fold(allProduct) { orderedByAll, customer ->
orderedByAll.intersect(customer.orders.flatMap { it.products })
}
}
综合使用:
// 返回顾客所有送达商品中最贵的商品
fun Customer.getMostExpensiveDeliveredProduct(): Product? {
return orders.filter { it.isDelivered }.flatMap { it.products }.maxBy { it.price }
}
// 返回商店中某件商品的购买次数
fun Shop.getNumberOfTimesProductWasOrdered(product: Product): Int {
return customers.flatMap { it.orders }.flatMap { it.products }.count{it == product}
}
Kotlin对集合提供了几乎你能想到的所有操作,通过对这些操作的组合减少集合操作的复杂度,提高可读性。以下是Java和Kotln对集合操作的对比
// 用Java实现
public Collection<String> doSomethingStrangeWithCollection(
Collection<String> collection
) {
Map<Integer, List<String>> groupsByLength = Maps.newHashMap();
for (String s : collection) {
List<String> strings = groupsByLength.get(s.length());
if (strings == null) {
strings = Lists.newArrayList();
groupsByLength.put(s.length(), strings);
}
strings.add(s);
}
int maximumSizeOfGroup = 0;
for (List<String> group : groupsByLength.values()) {
if (group.size() > maximumSizeOfGroup) {
maximumSizeOfGroup = group.size();
}
}
for (List<String> group : groupsByLength.values()) {
if (group.size() == maximumSizeOfGroup) {
return group;
}
}
return null;
}
// 用Kotlin实现
fun doSomethingStrangeWithCollection(collection: Collection<String>): Collection<String>? {
val groupsByLength = collection.groupBy { s -> s.length }
val maximumSizeOfGroup = groupsByLength.values.map { group -> group.size }.max()
return groupsByLength.values.firstOrNull { group -> group.size == maximumSizeOfGroup }
}
运算符重载
还是举 Kotlin Koans 上的运算符重载例子。假设我们需要实现以下功能:
enum class TimeInterval { DAY, WEEK, YEAR }
data class MyDate(val year: Int, val month: Int, val dayOfMonth: Int) : Comparable<MyDate> {
override fun compareTo(other: MyDate): Int {
if (year != other.year) return year - other.year
if (month != other.month) return month - other.month
return dayOfMonth - other.dayOfMonth
}
override fun toString(): String {
return "$year/$month/$dayOfMonth"
}
}
fun main() {
val first = MyDate(2018, 10, 30)
val last = MyDate(2018, 11, 1)
for (date in first..last) {
println(date)
}
println()
println(first + DAY)
println()
println(first + DAY * 2 + YEAR * 2)
}
输出为以下:
只要实现以下运算符重载既可:
operator fun MyDate.rangeTo(other: MyDate): DateRange = DateRange(this, other)
operator fun MyDate.plus(timeInterval: TimeInterval): MyDate = this.addTimeIntervals(timeInterval, 1)
operator fun TimeInterval.times(num: Int): RepeatTimeInterval = RepeatTimeInterval(this, num)
operator fun MyDate.plus(repeatTimeInterval: RepeatTimeInterval): MyDate =
this.addTimeIntervals(repeatTimeInterval.timeInterval, repeatTimeInterval.num)
class RepeatTimeInterval(val timeInterval: TimeInterval, val num: Int)
class DateRange(override val start: MyDate, override val endInclusive: MyDate) : ClosedRange<MyDate>, Iterable<MyDate> {
override fun iterator(): Iterator<MyDate> = DateIterator(start, endInclusive)
}
class DateIterator(first: MyDate, private val last: MyDate) : Iterator<MyDate> {
private var current = first
override fun hasNext(): Boolean {
return current <= last
}
override fun next(): MyDate {
val result = current
current = current.nextDay()
return result
}
}
fun MyDate.nextDay(): MyDate = this.addTimeIntervals(DAY, 1)
fun MyDate.addTimeIntervals(timeInterval: TimeInterval, number: Int): MyDate {
val c = Calendar.getInstance()
c.set(year + if (timeInterval == TimeInterval.YEAR) number else 0, month - 1, dayOfMonth)
var timeInMillis = c.timeInMillis
val millisecondsInADay = 24 * 60 * 60 * 1000L
timeInMillis += number * when (timeInterval) {
TimeInterval.DAY -> millisecondsInADay
TimeInterval.WEEK -> 7 * millisecondsInADay
TimeInterval.YEAR -> 0L
}
val result = Calendar.getInstance()
result.timeInMillis = timeInMillis
return MyDate(result.get(Calendar.YEAR), result.get(Calendar.MONTH) + 1, result.get(Calendar.DATE))
}
Kotlin支持使用指定的扩展函数来实现运算符的重载,运算符对应的方法名具体参见官方文档 Operator overloading
infix
标记为infix的方法,可以类似于二元运算符使用,举个例子
infix fun Int.plus(other: Int): Int {
return this + other
}
fun main() {
// 结果会输出7
println(3 plus 4)
}
infix方法执行的优先级低于算数运算符、类型转换type case以及rangTo运算符,但是高于布尔、is、in check等其他运算符。
使用infix的扩展函数可以实现自定义的二元运算标记。
整洁Kotlin风格
在《Kotlin in Action》一书中有归纳了一些Kotlin对比Java的整洁语法如下:
常规语法 | 整洁语法 | 用到的功能 |
---|---|---|
StringUtil.capitalize(s) | s.capitalize() | 扩展函数 |
1.to("one") | 1 to "one" | 中缀函数 infix |
set.add(2) | set += 1 | 运算符重载 |
map.get("key") | map["key"] | get方法约定 |
file.use({f -> f.read}) | file.use { it.read() } | 括号内lambda外移 |
sb.append("a") sb.append("b") | with(sb) { append(“a") append(“b")} | 带接收者的lambda |
整洁语法换句话来说也是Kotlin的一种编程风格,其他约定俗成的整洁Kotlin编程风格可见官方文档 Idioms。非常建议大家看看Idioms这个文档,里面涵盖了非常Kotlin的使用方式,包括:
使用默认参数代替方法重载
String模板(在Android中是否推荐仍值得商榷)
lambda使用it代替传入值
使用下标方式访问map
懒初始化属性
使用rangs范围遍历
if when表达式返回值
等等
方法参数
Kotlin中的function是一等公民,拥有和变量一样的定义以及传参方式,如以下例子:
fun SQLiteDatabase.inTransaction(func: (SQLiteDatabase) -> Unit) {
beginTransaction()
try {
func(this)
setTransactionSuccessful()
} finally {
endTransaction()
}
}
// 调用的时候就可以如下方法进行调用
db.inTransaction {
it.db.delete("users", "first_name = ?", arrayOf("Jake"))
}
带接收者的lambda表达式
lambda表达式可以声明拥有接收者,例如:
val isEven: Int.() -> Boolean = {
this % 2 == 0
}
fun main() {
print(2.isEven())
}
这种带接收者的lambda实际上也是一种方法定义,不过其优先级比扩展方法要低,如果同时有扩展函数(如下)拥有相同名字,则会优先调用扩展方法。
fun Int.isEven(): Boolean {
return this % 2 != 0
}
let run with apply also
这几个关键字其实都是Kotlin的特殊方法,他们可以让lambda里面的代码在相同的接收者中运行,避免冗余代码,他们的声明如下:
public inline fun <T, R> T.let(block: (T) -> R): R {
return block(this)
}
public inline fun <R> run(block: () -> R): R {
return block()
}
public inline fun <T, R> with(receiver: T, block: T.() -> R): R {
return receiver.block()
}
public inline fun <T> T.apply(block: T.() -> Unit): T {
block()
return this
}
public inline fun <T> T.also(block: (T) -> Unit): T {
block(this)
return this
}
从声明中可以看出他们有以下区别,假设在以下代码中运行
class MyClass {
fun test() {
val str: String = "..."
val result = str.xxx {
print(this) // 接收者this
print(it) // lambda参数it
42 // 返回结果
}
}
}
方法 | 接收者this | lambda参数it | 返回结果 |
---|---|---|---|
let | this@MyClass | String("...") | Int(42) |
run | String("...") | N\A | Int(42) |
with(*) | String("...") | N\A | Int(42) |
apply | String("...") | N\A | String("...") |
also | this@MyClass | String("...") | String("...") |
DSL构建
以下是DSL和API调用方式的区别
// DSL
dependencies {
compile("junit")
compile("guice")
}
// API
project.dependencies.add("compile", "junit")
project.dependencies.add("compile", "guice")
对比下DSL方式更为简洁且易读。通过上述对lambda的介绍可以发现Kotlin可以完美地支持DSL方式编程,只要少量的扩展方法以及lambda定义既可实现以下方式来构建一段html表格
html {
table {
tr (color = getTitleColor()){
this.td {
text("Product")
}
td {
text("Price")
}
td {
text("Popularity")
}
}
val products = getProducts()
for ((index, product) in products.withIndex()) {
tr {
td(color = getCellColor(index, 0)) {
text(product.description)
}
td(color = getCellColor(index, 1)) {
text(product.price)
}
td(color = getCellColor(index, 2)) {
text(product.popularity)
}
}
}
}
}
具体定义如下:
import java.util.ArrayList
open class Tag(val name: String) {
val children: MutableList<Tag> = ArrayList()
val attributes: MutableList<Attribute> = ArrayList()
override fun toString(): String {
return "<$name" +
(if (attributes.isEmpty()) "" else attributes.joinToString(separator = "", prefix = " ")) + ">" +
(if (children.isEmpty()) "" else children.joinToString(separator = "")) +
"</$name>"
}
}
class Attribute(val name : String, val value : String) {
override fun toString() = """$name="$value" """
}
fun <T: Tag> T.set(name: String, value: String?): T {
if (value != null) {
attributes.add(Attribute(name, value))
}
return this
}
fun <T: Tag> Tag.doInit(tag: T, init: T.() -> Unit): T {
tag.init()
children.add(tag)
return tag
}
class Html: Tag("html")
class Table: Tag("table")
class Center: Tag("center")
class TR: Tag("tr")
class TD: Tag("td")
class Text(val text: String): Tag("b") {
override fun toString() = text
}
fun html(init: Html.() -> Unit): Html = Html().apply(init)
fun Html.table(init : Table.() -> Unit) = doInit(Table(), init)
fun Html.center(init : Center.() -> Unit) = doInit(Center(), init)
fun Table.tr(color: String? = null, init : TR.() -> Unit) = doInit(TR(), init).set("bgcolor", color)
fun TR.td(color: String? = null, align : String = "left", init : TD.() -> Unit) = doInit(TD(), init).set("align", align).set("bgcolor", color)
fun Tag.text(s : Any?) = doInit(Text(s.toString()), {})
属性代理
Kotlin提供对属性代理的支持,可以将属性的get set操作代理到外部执行。代理的好处有三个:
懒初始化,只在第一次调用进行初始化操作
实现对属性的观察者模式
方便对属性进行保存等管理
下面来看比较常用的懒初始化例子:
val lazyValue: String by lazy {
println("computed!")
"Hello"
}
fun main() {
println(lazyValue)
println(lazyValue)
}
以上代码会输出
computed!
Hello
Hello
证明懒加载模块只在第一次调用被执行,然后会将得到的值保存起来,后面访问属性将不会继续计算。这也是在Kotlin中实现单例模式的方式。这种懒初始化的过程也是线程同步的,线程同步方式有以下几种:
public enum class LazyThreadSafetyMode {
/**
* 加锁单一线程初始化Lazy实例
*/
SYNCHRONIZED,
/**
* 初始化代码块会被多次调用,但只有首次初始化的值会赋值给Lazy实例
*/
PUBLICATION,
/**
* 没有线程安全,不保证同步,只能在确保单线程环境中使用
*/
NONE,
}
解构
解构是非常实用的Kotlin提供的将一个对象属性分离出来的特性。
内部实现原理是通过声明为componentN()的操作符重载实现。对Kotlin中的data类会自动生成component函数,默认支持解构操作。以下是解构比较实用的一个例子:
for ((key, value) in map) {
// 使用该 key、value 做些事情
}
协程Coroutine
先占个位,等我看懂了再来补充 :)
先po一个协程和Rxjava的对比吸引下大家
// RxJava
interface RemoteService {
@GET("/trendingshows")
fun trendingShows(): Single<List<Show>>
}
service.trendingShows()
.scheduleOn(schedulers.io)
.subscribe(::onTrendingLoaded, ::onError)
// Coroutine
interface RemoteService {
@GET("/trendingshows")
suspend fun trendingShows(): List<Show>
}
val show = withContext(dispatchers.io) {
service.trendingShows()
}
在Android中使用
findViewById
通过引入import kotlinx.android.synthetic.main.实现直接获取xml中ui组件。
anko
anko提供了很多工具类,帮助开发者在Android中更好地使用Kotlin。anko提供了以下实用工具:
快捷Intent:startActivity(intentFor
("id" to 5).singleTop()) 快捷toast、dialog:toast("Hi there!")
快捷log:info("London is the capital of Great Britain")
快捷协程:bg()
layout DSL构建
等等
ktx
android-ktx 提供了一系列Andrdoid方法的简洁实现。
与Java不太一样的地方
static 与 伴生对象
在Kotlin中并没有static这个关键字,如果想要实现类似于Java中static的用法,需要声明伴生对象companion object。使用object声明的类实际上是一个单例,可以支持直接调用其中的属性与方法。使用了companion修饰的object实际上是可以放在其他类内部的单例,因此可以实现类似于Java中static的效果。至于为什么Kotlin要这样设计,原因是Kotlin希望所有属性都是一个类对象,不做差异化处理,这也是为什么Java中的int、long等基本数据类型在Kotlin中也用Int、Long处理的原因。
默认都是final,除非声明为open
在Kotlin中所有方法默认都是禁止覆盖的,这样的好处是规范了接口设计的安全性,仅开放那些确实在设计中希望子类覆盖的方法。
默认是public,多了internal
在Java中,如果不加可见性修饰的话默认是包内可见,Kotlin中默认都是public。同时Kotlin加入了internal关键字,代表着是模块内可见。这个可见性弥补了使用Java进行模块设计的过程中,可见性设计的缺陷。如果要想在Java中实现仅开放某些方法给外部模块使用,但是这些方法又能在内部模块自由调用,那只能是把这些方法都放到一个包内,显然是一个很不好的包结构设计。Kotlininternal关键字可以完美解决这个问题。要想在Java调用的时候完全隐蔽Kotlin的方法,可以加上@JvmSynthetic。
泛型
Java中使用extends和super来区分泛型中生产者和消费者,俗称PEST,在Kotlin中对应的是out和in。同时Java与Kotlin都会对泛型进行运行时擦除,Kotlin不一样的是可以对inline方法使用reified关键字来提供运行时类型。
本地方法
由于在Kotlin语言中方法是一等公民,因此可以声明局部生命周期的本地方法,如下例子:
fun dfs(graph: Graph) {
val visited = HashSet<Vertex>()
fun dfs(current: Vertex) {
if (!visited.add(current)) return
for (v in current.neighbors)
dfs(v)
}
dfs(graph.vertices[0])
}
问题
在Java项目中引入kotlin在大多数情况下都是无痛的,且可以马上带给我们不一样的快捷高效体验。如果硬是要说出一点Kotlin的问题,我觉得会有几个:
Kotlin加入会增加方法数以及不多的代码体积,这在大多数情况下不会产生太大的问题
写法太灵活,较难统一。由于Kotlin允许程序员选择传统的Java风味或者Kotlin风味来编写代码,这种灵活性可能导致混合风味的代码出现,且较难统一。
过多的大括号层级嵌套。这是因为lambda以及方法参数带来的,其初衷是希望大家可以用DSL的代码风格,如果没掌握DSL方式的话可能会写出比较丑陋的多层级嵌套Java风味代码,影响代码可读性。
— — — END — — —
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