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了解Java泛型
参考于IBM Developer 中国 《Java 理论和实践: 了解泛型》
Java语言的泛型类似于C++中的模板. 但是这仅仅是基于表面的现象。 Java语言的泛型基本上完全在编译器中实现的,由编译器执行类型检查和类型推断,然后生成普通的非泛型的字节码。 这种实现称为"擦除"
(编译器使用泛型类型信息保证类型安全,然后在生成字节码之前将其清除)
泛型不是协变的
协变:
Java 语言中的数组是协变的(covariant),也就是说,
如果 Integer 扩展了 Number(事 实也是如此),那么不仅 Integer 是 Number,而且 Integer[] 也是 Number[],在要求Number[] 的地方完全可以传递或者赋予 Integer[]。
(更 正式地说,如果 Number 是 Integer 的超类型,那么 Number[] 也是 Integer[] 的超类型)
但是,泛型并不是协变的。 如果,List<Number> 是List<Integer> 的超类型,但是,如果需要List<Integer>的时候, 并不容许传递List<Number>,它们并不等价。
不允许的理由很简单,这样会破坏要提供的类型安全泛型. 如下代码:
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list=new ArrayList<Integer>();
List<Number> list2=list;//编译错误.
list2.add(new Float(19.0f));
}
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其他协变问题
数组能够协变而泛型不能协变的另外一个问题是:不能实例化泛型类型的数组: (new List<String>[3]是不合法的),除非类型参数是一个未绑定类型的通配符(new List<?>[3]是合法的).
延迟构造
因为可以擦除功能,所以List<Integer>和List<String>是同一个类,编译器在编译List<V>的时候,只生成一个类。
所以,运行时,不能区分List<Integer>和List<String>(实际上,运行时都是List,类型被擦除了),用泛型类型参数标识类型的变量的构造就成了问题。运行时缺乏类型信息,这给泛型容器类和希望创建保护性副本的泛型类提出了难题。
比如泛型类Foo:
class Foo<T>{
public void dosomething(T param){
T copy=new T(param);//语法错误.
}
}
| 因为编译的时候,还不知道要构造T的具体类型,所以也无法调用T的构造函数。
那么,我们是否可以使用克隆来构建呢?
class Foo<T extends Cloneable>{
public void dosomething(T param){
//编译错误,
T copy=(T)param.clone();
}
}
| 为什么会报错呢? 因为clone()在Object类中是受保护的。
所以,不能复制在编译时根本不知道是什么类的类型引用。
构造通配符引用
那么使用通配符类型怎么样呢? 假设要创建类型为Set<?>的参数的保护性副本。 我们来看看:
class Foo{
public void doSomething(Set<?> set){
//编译出错,你不能用通配符类型的参数调用泛型构造函数
Set<?> copy=new HashSet<?>(set);
}
}
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但是下面的方法可以实现:
class Foo{
public void doSomething(Set<?> set){
Set<?> copy=new HashSet<Object>(set);
}
}
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构造数组
对于我们常用的ArrayList<V> ,我们需要来探讨一下它的内部实现机制:
假设它内部管理着一个V数组,那么我们希望能在ArrayList<V>的构造函数中来初始化这个数组:
class ArrayList<V>{
V[] content;
private static final int DEFAULT_SIZE=10;
public ArrayList() {
//编译错误。
content=new V[DEFAULT_SIZE];
}
}
| 但这段代码不能工作,不能实例化用类型参数表示的类型数组。因为编译器不知道V到底是代表什么类型,所以不能实例化V数组。
Java库中的 Collections提供了一种思路,用于实现,但是非常别扭(设置连Collections的作者都这样说过.) 在Collections类编译时,会产生警告:
class ArrayList<V> {
private V[] backingArray;
public ArrayList() {
backingArray = (V[]) new Object[DEFAULT_SIZE];
}
}
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因为泛型是通过擦除实现的,backingArray 的类型实际上就是 Object[],因为 Object 代替了 V。
这意味着:实际上这个类期望 backingArray 是一个 Object 数组,但是编译器要进行额外的类型检查,以确保它包含 V 类型的对象。所以这种方法很奏效,但是非常别扭,因此不值得效仿
另外有一种方法是:
声明backingArray为Object数组,并在使用它的各个地方,强转成V[]
其他方法
最好的方法是: 向构造方法中,传入类对象,这样,在运行时,就可以知道T的值了。不采用这种方法的原因是,它无法与之前版本的Collections框架相兼容。
比如:
public class ArrayList<V> implements List<V> {
private V[] backingArray;
private Class<V> elementType;
public ArrayList(Class<V> elementType) {
this.elementType = elementType;
backingArray = (V[]) Array.newInstance(elementType, DEFAULT_LENGTH);
}
}
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但是,这里还是有地方不是很妥当:
调用 Array.newInstance() 时会引起未经检查的类型转换。为什么呢?同样是由于向后兼容性。Array.newInstance() 的签名是:
public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length)
| 而不是类型安全的:
public static<T> T[] newInstance(Class<T> componentType, int length)
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为何 Array 用这种方式进行泛化呢?同样是为了保持向后兼容。要创建基本类型的数组,如 int[], 可以使用适当的包装器类中的 TYPE 字段调用 Array.newInstance()(对于 int,可以传递 Integer.TYPE 作为类文字)。用 Class<T> 参数而不是 Class<?> 泛化 Array.newInstance(),对 于引用类型有更好的类型安全,但是就不能使用 Array.newInstance() 创建基本类型数组的实例了。也许将来会为引用类型提供新的 newInstance() 版本,这样就两者兼顾了。
在这里可以看到一种模式 —— 与泛型有关的很多问题或者折衷并非来自泛型本身,而是保持和已有代码兼容的要求带来的副作用。
擦除的实现
因为泛型基本上都是在JAVA编译器中而不是运行库中实现的,所以在生成字节码的时候,差不多所有关于泛型类型的类型信息都被“擦除”了, 换句话说,编译器生成的代码与手工编写的不用泛型、检查程序类型安全后进行强制类型转换所得到的代码基本相同。与C++不同,List<Integer>和List<Number>是同一个类(虽然是不同的类型,但是都是List<?>的子类型。)
擦除意味着,一个类不能同时实现 Comparable<String>和Comparable<Number>,因为事实上,两者都在同一个接口中,指定同一个compareTo()方法。
擦除也造成了上述问题,即不能创建泛型类型的对象,因为编译器不知道要调用什么构造函数。 如果泛型类需要构造用泛型类型参数来指定类型的对象,那么构造函数应该传入类对象,并将它们保存起来,以便通过反射来创建实例。
PS :
貌似发布上来格式有问题,
这里放出我整理的Google文档地址,感觉看不清楚的可以去这里看看。
http://docs.google.com/View?id=dgmjz37_7gp8mrjvv |
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