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泛型基礎(chǔ)
泛型是對(duì)Java語(yǔ)言類型系統(tǒng)的一種擴(kuò)展,有點(diǎn)類似于C++的模板,可以把類型參數(shù)看作是使用參數(shù)化類型時(shí)指定的類型的一個(gè)占位符。引入泛型,是對(duì)Java語(yǔ)言一個(gè)較大的功能增強(qiáng),帶來(lái)了很多的好處:

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類型安全。類型錯(cuò)誤現(xiàn)在在編譯期間就被捕獲到了,而不是在運(yùn)行時(shí)當(dāng)作java.lang.ClassCastException展示出來(lái),將類型檢查從運(yùn)行時(shí)挪到編譯時(shí)有助于開(kāi)發(fā)者更容易找到錯(cuò)誤,并提高程序的可靠性
消除了代碼中許多的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換,增強(qiáng)了代碼的可讀性
為較大的優(yōu)化帶來(lái)了可能
泛型是什么并不會(huì)對(duì)一個(gè)對(duì)象實(shí)例是什么類型的造成影響,所以,通過(guò)改變泛型的方式試圖定義不同的重載方法是不可以的。剩下的內(nèi)容我不會(huì)對(duì)泛型的使用做過(guò)多的講述,泛型的通配符等知識(shí)請(qǐng)自行查閱。
在進(jìn)入下面的論述之前我想先問(wèn)幾個(gè)問(wèn)題:
- 定義一個(gè)泛型類***到底會(huì)生成幾個(gè)類,比如ArrayList
到底有幾個(gè)類 - 定義一個(gè)泛型方法最終會(huì)有幾個(gè)方法在class文件中
- 為什么泛型參數(shù)不能是基本類型呢
- ArrayList
是一個(gè)類嗎 - ArrayList
和List 和ArrayList 和List 是什么關(guān)系呢,這幾個(gè)類型的引用能相互賦值嗎
類型擦除
正確理解泛型概念的首要前提是理解類型擦除(type erasure)。 Java中的泛型基本上都是在編譯器這個(gè)層次來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在生成的Java字節(jié)代碼中是不包含泛型中的類型信息的。使用泛型的時(shí)候加上的類型參數(shù),會(huì)被編譯器在編譯的時(shí)候去掉。這個(gè)過(guò)程就稱為類型擦除。如在代碼中定義的List
很多泛型的奇怪特性都與這個(gè)類型擦除的存在有關(guān),包括:
- 泛型類并沒(méi)有自己獨(dú)有的Class類對(duì)象。比如并不存在List
.class或是List .class,而只有List.class。 - 靜態(tài)變量是被泛型類的所有實(shí)例所共享的。對(duì)于聲明為MyClass
的類,訪問(wèn)其中的靜態(tài)變量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通過(guò)new MyClass 還是new MyClass 創(chuàng)建的對(duì)象,都是共享一個(gè)靜態(tài)變量。 - 泛型的類型參數(shù)不能用在Java異常處理的catch語(yǔ)句中。因?yàn)楫惓L幚硎怯蒍VM在運(yùn)行時(shí)刻來(lái)進(jìn)行的。由于類型信息被擦除,JVM是無(wú)法區(qū)分兩個(gè)異常類型MyException
和MyException 的。對(duì)于JVM來(lái)說(shuō),它們都是 MyException類型的。也就無(wú)法執(zhí)行與異常對(duì)應(yīng)的catch語(yǔ)句。
類型擦除的基本過(guò)程也比較簡(jiǎn)單,首先是找到用來(lái)替換類型參數(shù)的具體類。這個(gè)具體類一般是Object。如果指定了類型參數(shù)的上界的話,則使用這個(gè)上界。把代碼中的類型參數(shù)都替換成具體的類。同時(shí)去掉出現(xiàn)的類型聲明,即去掉<>的內(nèi)容。比如T get()方法聲明就變成了Object get();List
泛型的實(shí)現(xiàn)原理
因?yàn)榉N種原因,Java不能實(shí)現(xiàn)真正的泛型,只能使用類型擦除來(lái)實(shí)現(xiàn)偽泛型,這樣雖然不會(huì)有類型膨脹(C++模板令人困擾的難題)的問(wèn)題,但是也引起了許多新的問(wèn)題。所以,Sun對(duì)這些問(wèn)題作出了許多限制,避免我們犯各種錯(cuò)誤。
保證類型安全
首先***個(gè)是泛型所宣稱的類型安全,既然類型擦除了,如何保證我們只能使用泛型變量限定的類型呢?java編譯器是通過(guò)先檢查代碼中泛型的類型,然后再進(jìn)行類型擦除,在進(jìn)行編譯的。那類型檢查是針對(duì)誰(shuí)的呢,讓我們先看一個(gè)例子。
- ArrayList
arrayList1=new ArrayList(); // 正確,只能放入String - ArrayList arrayList2=new ArrayList
(); // 可以放入任意Object
這樣是沒(méi)有錯(cuò)誤的,不過(guò)會(huì)有個(gè)編譯時(shí)警告。不過(guò)在***種情況,可以實(shí)現(xiàn)與 完全使用泛型參數(shù)一樣的效果,第二種則完全沒(méi)效果。因?yàn)?,本?lái)類型檢查就是編譯時(shí)完成的。new ArrayList()只是在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)空間,可以存儲(chǔ)任何的類型對(duì)象。而真正涉及類型檢查的是它的引用,因?yàn)槲覀兪鞘褂盟胊rrayList1 來(lái)調(diào)用它的方法,比如說(shuō)調(diào)用add()方法。所以arrayList1引用能完成泛型類型的檢查。 而引用arrayList2沒(méi)有使用泛型,所以不行。
類型檢查就是針對(duì)引用的,誰(shuí)是一個(gè)引用,用這個(gè)引用調(diào)用泛型方法,就會(huì)對(duì)這個(gè)引用調(diào)用的方法進(jìn)行類型檢測(cè),而無(wú)關(guān)它真正引用的對(duì)象。
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換
因?yàn)轭愋筒脸膯?wèn)題,所以所有的泛型類型變量***都會(huì)被替換為原始類型。這樣就引起了一個(gè)問(wèn)題,既然都被替換為原始類型,那么為什么我們?cè)讷@取的時(shí)候,不需要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換呢?
- public class Test {
- public static void main(String[] args) {
- ArrayList
list=new ArrayList (); - list.add(new Date());
- Date myDate=list.get(0);
- }
- }
編譯器生成的class文件中會(huì)在你調(diào)用泛型方法完成之后返回調(diào)用點(diǎn)之前加上類型轉(zhuǎn)換的操作,比如上文的get函數(shù),就是在get方法完成后,jump回原本的賦值操作的指令位置之前加入了強(qiáng)制轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的類型由編譯器推導(dǎo)。
泛型中的繼承關(guān)系
先看一個(gè)例子:
- class DateInter extends A
{ - @Override
- public void setValue(Date value) {
- super.setValue(value);
- }
- @Override
- public Date getValue() {
- return super.getValue();
- }
- }
先來(lái)分析setValue方法,父類的類型是Object,而子類的類型是Date,參數(shù)類型不一樣,這如果實(shí)在普通的繼承關(guān)系中,根本就不會(huì)是重寫(xiě),而是重載。
- public void setValue(java.util.Date); //我們重寫(xiě)的setValue方法
- Code:
- 0: aload_0
- 1: aload_1
- 2: invokespecial #16 // invoke A setValue
- :(Ljava/lang/Object;)V
- 5: return
- public java.util.Date getValue(); //我們重寫(xiě)的getValue方法
- Code:
- 0: aload_0
- 1: invokespecial #23 // A.getValue
- :()Ljava/lang/Object;
- 4: checkcast #26
- 7: areturn
- public java.lang.Object getValue(); //編譯時(shí)由編譯器生成的方法
- Code:
- 0: aload_0
- 1: invokevirtual #28 // Method getValue:() 去調(diào)用我們重寫(xiě)的getValue方法
- ;
- 4: areturn
- public void setValue(java.lang.Object); //編譯時(shí)由編譯器生成的方法
- Code:
- 0: aload_0
- 1: aload_1
- 2: checkcast #26
- 5: invokevirtual #30 // Method setValue; 去調(diào)用我們重寫(xiě)的setValue方法
- )V
- 8: return
并且,還有一點(diǎn)也許會(huì)有疑問(wèn),子類中的方法 Object getValue()和Date getValue()是同 時(shí)存在的,可是如果是常規(guī)的兩個(gè)方法,他們的方法簽名是一樣的,也就是說(shuō)虛擬機(jī)根本不能分別這兩個(gè)方法。如果是我們自己編寫(xiě)Java代碼,這樣的代碼是無(wú)法通過(guò)編譯器的檢查的,但是虛擬機(jī)卻是允許這樣做的,因?yàn)樘摂M機(jī)通過(guò)參數(shù)類型和返回類型來(lái)確定一個(gè)方法,所以編譯器為了實(shí)現(xiàn)泛型的多態(tài)允許自己做這個(gè)看起來(lái)“不合法”的事情,然后交給虛擬器去區(qū)別。
我們?cè)倏匆粋€(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的例子。
- class A {
- Object get(){
- return new Object();
- }
- }
- class B extends A {
- @Override
- Integer get() {
- return new Integer(1);
- }
- }
- public static void main(String[] args){
- A a = new B();
- B b = (B) a;
- A c = new A();
- a.get();
- b.get();
- c.get();
- }
反編譯之后的結(jié)果
- 17: invokespecial #5 // Method com/suemi/network/test/A."
":()V - 20: astore_3
- 21: aload_1
- 22: invokevirtual #6 // Method com/suemi/network/test/A.get:()Ljava/lang/Object;
- 25: pop
- 26: aload_2
- 27: invokevirtual #7 // Method com/suemi/network/test/B.get:()Ljava/lang/Integer;
- 30: pop
- 31: aload_3
- 32: invokevirtual #6 // Method com/suemi/network/test/A.get:()Ljava/lang/Object;
實(shí)際上當(dāng)我們使用父類引用調(diào)用子類的get時(shí),先調(diào)用的是JVM生成的那個(gè)覆蓋方法,在橋接方法再調(diào)用自己寫(xiě)的方法實(shí)現(xiàn)。
泛型參數(shù)的繼承關(guān)系
在Java中,大家比較熟悉的是通過(guò)繼承機(jī)制而產(chǎn)生的類型體系結(jié)構(gòu)。比如String繼承自O(shè)bject。根據(jù)Liskov替換原則,子類是可以替換父類的。當(dāng)需要Object類的引用的時(shí)候,如果傳入一個(gè)String對(duì)象是沒(méi)有任何問(wèn)題的。但是反過(guò)來(lái)的話,即用父類的引用替換子類引用的時(shí)候,就需要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。編譯器并不能保證運(yùn)行時(shí)刻這種轉(zhuǎn)換一定是合法的。這種自動(dòng)的子類替換父類的類型轉(zhuǎn)換機(jī)制,對(duì)于數(shù)組也是適用的。 String[]可以替換Object[]。但是泛型的引入,對(duì)于這個(gè)類型系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的影響。正如前面提到的List
引入泛型之后的類型系統(tǒng)增加了兩個(gè)維度:一個(gè)是類型參數(shù)自身的繼承體系結(jié)構(gòu),另外一個(gè)是泛型類或接口自身的繼承體系結(jié)構(gòu)。***個(gè)指的是對(duì)于 List
相同類型參數(shù)的泛型類的關(guān)系取決于泛型類自身的繼承體系結(jié)構(gòu)。即List
如果泛型類中包含多個(gè)類型參數(shù),則對(duì)于每個(gè)類型參數(shù)分別應(yīng)用上面的規(guī)則。理解了上面的規(guī)則之后,就可以很容易的修正實(shí)例分析中給出的代碼了。只需要把List
個(gè)人認(rèn)為這里對(duì)上面這種情形使用子類型這種說(shuō)法來(lái)形容這種關(guān)系是不當(dāng)?shù)?,因?yàn)長(zhǎng)ist
泛型使用中的注意點(diǎn)
運(yùn)行時(shí)型別查詢
- // 錯(cuò)誤,為類型擦除之后,ArrayList
只剩下原始類型,泛型信息String不存在了,無(wú)法進(jìn)行判斷 - if( arrayList instanceof ArrayList
) - if( arrayList instanceof ArrayList>) // 正確
異常中使用泛型的問(wèn)題
- 不能拋出也不能捕獲泛型類的對(duì)象。事實(shí)上,泛型類擴(kuò)展Throwable都不合法。為什么不能擴(kuò)展Throwable,因?yàn)楫惓6际窃谶\(yùn)行時(shí)捕獲和拋出的,而在編譯的時(shí)候,泛型信息全都會(huì)被擦除掉。類型信息被擦除后,那么多個(gè)使用不同泛型參數(shù)地方的catch都變?yōu)樵碱愋蚈bject,那么也就是說(shuō),多個(gè)地方的catch變的一模一樣,這自然不被允許。
- 不能再catch子句中使用泛型變量。
- public static
void doWork(Class t){ - try{
- ...
- }catch(T e){ //編譯錯(cuò)誤 T->Throwable,下面的永遠(yuǎn)不會(huì)被捕獲,所以不被允許
- ...
- }catch(IndexOutOfBounds e){
- }
- }
不允許創(chuàng)建泛型類數(shù)組
- Pair
[] table = new Pair [10];// 編譯錯(cuò)誤 - Pair[] table = new Pair[10];// 無(wú)編譯錯(cuò)誤
由于數(shù)組必須攜帶自己元素的類型信息,在類型擦除之后,Pair
泛型類中的靜態(tài)方法和靜態(tài)變量
泛型類中的靜態(tài)方法和靜態(tài)變量不可以使用泛型類所聲明的泛型類型參數(shù)。
- public class Test2
{ - public static T one; //編譯錯(cuò)誤
- public static T show(T one){ //編譯錯(cuò)誤
- return null;
- }
- }
因?yàn)榉盒皖愔械姆盒蛥?shù)的實(shí)例化是在定義對(duì)象的時(shí)候指定的,而靜態(tài)變量和靜態(tài)方法不需要使用對(duì)象來(lái)調(diào)用。對(duì)象都沒(méi)有創(chuàng)建,如何確定這個(gè)泛型參數(shù)是何種類型,所以當(dāng)然是錯(cuò)誤的。
類型擦除后的沖突
- class Pair
{ - public boolean equals(T value) {
- return null;
- }
- }
方法重定義了,同時(shí)存在兩個(gè)equals(Object o)。
參考文章
- Java深度歷險(xiǎn)(五)——Java泛型
- Java語(yǔ)法糖(3):泛型
- java泛型(二)、泛型的內(nèi)部原理:類型擦除以及類型擦除帶來(lái)的問(wèn)題
- java泛型:通配符的使用
文章題目:聊聊Java的泛型及實(shí)現(xiàn)
本文URL:http://www.fisionsoft.com.cn/article/dpidpci.html


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