每个类都有一个 class 属性,泛型化不会改变 class 属性的返回值,例如:
public static void main(String[] args) {
List<String> ls = new ArrayList<String>();
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
System.out.println(ls.getClass() == li.getClass());
}
代码返回值为 true,原因很简单,List
泛型数组初始化时不能声明泛型类型
如下代码编译时通不过:
List<String>[] list = new List<String>[];
在这里可以声明一个带有泛型参数的数组,但是不能初始化该数组,因为执行了类型擦除操作后,List
instanceof 不允许存在泛型参数
以下代码不能通过编译,原因一样,泛型类型被擦除了。
List<String> list = new ArrayList<String>();
System.out.println(list instanceof List<String>);
错误信息如下:
Cannot perform instanceof check against parameterized type List
类型擦除
正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除(type erasure)。 Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数,会被编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的List
很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关,包括:
- 泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List
.class或是List .class,而只有List.class。 - 静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为MyClass
的类,访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过new MyClass 还是new MyClass 创建的对象,都是共享一个静态变量。 - 泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除,JVM是无法区分两个异常类型MyException
和MyException 的。对于JVM来说,它们都是 MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。
类型擦除的基本过程也比较简单,首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是Object。如果指定了类型参数的上界的话,则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明,即去掉<>的内容。比如T get()方法声明就变成了Object get();List
class MyString implements Comparable<String> {
public int compareTo(String str) {
return 0;
}
}
当类型信息被擦除之后,上述类的声明变成了class MyString implements Comparable。但是这样的话,类MyString就会有编译错误,因为没有实现接口Comparable声明的String compareTo(Object)方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。
实例分析
了解了类型擦除机制之后,就会明白编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式,正是为了确保类型的安全性。以上面提到的List
public void inspect(List<Object> list) {
for (Object obj : list) {
System.out.println(obj);
}
list.add(1); //这个操作在当前方法的上下文是合法的。
}
public void test() {
List<String> strs = new ArrayList<String>();
inspect(strs); //编译错误
}
这段代码中,inspect方法接受List
通配符与上下界
在使用泛型类的时候,既可以指定一个具体的类型,如List
public void wildcard(List<?> list) {
list.add(1);//编译错误
}
如上所示,试图对一个带通配符的泛型类进行操作的时候,总是会出现编译错误。其原因在于通配符所表示的类型是未知的。
因为对于List<?>中的元素只能用Object来引用,在有些情况下不是很方便。在这些情况下,可以使用上下界来限制未知类型的范围。 如List<? extends Number>说明List中可能包含的元素类型是Number及其子类。而List<? super Number>则说明List中包含的是Number及其父类。当引入了上界之后,在使用类型的时候就可以使用上界类中定义的方法。比如访问 List<? extends Number>的时候,就可以使用Number类的intValue等方法。
类型系统
在Java中,大家比较熟悉的是通过继承机制而产生的类型体系结构。比如String继承自Object。根据Liskov替换原则,子类是可以替换父类的。当需要Object类的引用的时候,如果传入一个String对象是没有任何问题的。但是反过来的话,即用父类的引用替换子类引用的时候,就需要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换一定是合法的。这种自动的子类替换父类的类型转换机制,对于数组也是适用的。 String[]可以替换Object[]。但是泛型的引入,对于这个类型系统产生了一定的影响。正如前面提到的List
引入泛型之后的类型系统增加了两个维度:一个是类型参数自身的继承体系结构,另外一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List
- 相同类型参数的泛型类的关系取决于泛型类自身的继承体系结构。即List
是Collection 的子类型,List 可以替换Collection 。这种情况也适用于带有上下界的类型声明。 - 当泛型类的类型声明中使用了通配符的时候, 其子类型可以在两个维度上分别展开。如对Collection<? extends Number>来说,其子类型可以在Collection这个维度上展开,即List<? extends Number>和Set<? extends Number>等;也可以在Number这个层次上展开,即Collection
和 Collection 等。如此循环下去,ArrayList 和 HashSet 等也都算是Collection<? extends Number>的子类型。 - 如果泛型类中包含多个类型参数,则对于每个类型参数分别应用上面的规则。
理解了上面的规则之后,就可以很容易的修正实例分析中给出的代码了。只需要把List
开发自己的泛型类
泛型类与一般的Java类基本相同,只是在类和接口定义上多出来了用<>声明的类型参数。一个类可以有多个类型参数,如 MyClass<X, Y, Z>。 每个类型参数在声明的时候可以指定上界。所声明的类型参数在Java类中可以像一般的类型一样作为方法的参数和返回值,或是作为域和局部变量的类型。但是由于类型擦除机制,类型参数并不能用来创建对象或是作为静态变量的类型。考虑下面的泛型类中的正确和错误的用法。
class ClassTest<X extends Number, Y, Z> {
private X x;
private static Y y; //编译错误,不能用在静态变量中
public X getFirst() {
//正确用法
return x;
}
public void wrong() {
Z z = new Z(); //编译错误,不能创建对象
}
}
泛型传递
即泛型可以当作参数在不同的实例化的类中传递,理论上来说可以无限制层次的传递下去。最终会约束每一层的方法或者类型的泛型确定,在《泛型传递》这篇文章中对具体的用法进行详尽的描述。
最佳实践
在使用泛型的时候可以遵循一些基本的原则,从而避免一些常见的问题。
- 在代码中避免泛型类和原始类型的混用。比如List
和List不应该共同使用。这样会产生一些编译器警告和潜在的运行时异常。当需要利用JDK 5之前开发的遗留代码,而不得不这么做时,也尽可能的隔离相关的代码。 - 在使用带通配符的泛型类的时候,需要明确通配符所代表的一组类型的概念。由于具体的类型是未知的,很多操作是不允许的。
- 泛型类最好不要同数组一块使用。你只能创建new List<?>[10]这样的数组,无法创建new List
[10]这样的。这限制了数组的使用能力,而且会带来很多费解的问题。因此,当需要类似数组的功能时候,使用集合类即可。 - 不要忽视编译器给出的警告信息。
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