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读 IBM中国《Java 理论和实践: 了解泛型》

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锁定老帖子主题：读 IBM中国《Java 理论和实践: 了解泛型》

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gogole_09
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发表时间：2010-06-26 最后修改：2010-06-26

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));

}

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);

}

}

但是下面的方法可以实现：

class Foo{

public void doSomething(Set<?> set){

Set<?> copy=new HashSet<Object>(set);

}

}

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];

}

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);

}

}

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)

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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qiushily2030
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来自: 北京

发表时间：2010-06-26

gogole_09 写道

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，

（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));

}

其他协变问题

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。

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);

}

}

但是下面的方法可以实现：

class Foo{

public void doSomething(Set<?> set){

Set<?> copy=new HashSet<Object>(set);

}

}

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];

}

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 。

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

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);

}

}

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)

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

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。

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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llfzy
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来自: 重庆

发表时间：2010-06-28

IBm......哎。。。

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incredible
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积分: 30
来自: 武汉

发表时间：2010-06-28

这是为什么啊，刷屏贴啊

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szcjlssx
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来自: 北京

发表时间：2010-06-29 最后修改：2010-06-29

我感觉，JAVA中的泛型就是为了解决“类不是对象”这个问题的
因为类不能放到变量中进行传递，所以在动态性方面就捉襟见肘
特别针对容器这样的东西时，由于放入到其中的值类型是运行时决定的，所以对于静态类型的JAVA，需要向上转型，而向上转型则使得对象的使用又出现了问题（又要再向下转型，向下转型容易出错）
而泛型就解决了这个问题，但是我还是希望，将Class也作为对象
像下面的代码

class Demo {
}

public class MainClass {
     public static void main(String args[]) {
          Class d=Demo;//希望这一行代码能够正常运行
     }

}

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driftcloudy
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来自: 上海

发表时间：2010-06-29

szcjlssx 写道

class Demo {
}

public class MainClass {
     public static void main(String args[]) {
          Class d=Demo;//希望这一行代码能够正常运行
     }

}

没明白LS想表达什么意思。我来说点正统的，java泛型的产生一般是认为基于这样两个原因。一是泛型可以提升我们写的代码的复用性，我们希望自己的code可以被更多类型的对象所重用，例如著名的java collection框架。二是泛型带来的好处是将类型强转错误的发现从运行时提前到了编译时。

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beneo
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来自: 希伯來

发表时间：2010-07-06

在bytecode层面根本没有范型，这就是说范型对性能没有任何变化。

纯粹让你用的舒服

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szcjlssx
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来自: 北京

发表时间：2010-07-07 最后修改：2010-07-07

driftcloudy 写道

szcjlssx 写道

class Demo {
}

public class MainClass {
     public static void main(String args[]) {
          Class d=Demo;//希望这一行代码能够正常运行
     }

}

也就和这意思差不多，就是JAVA想实现一点动态，但JAVA本身的对类的实现就是同一个类不能有不同的名称引用（使用反射API及Class.forName可以达到这个效果，但那样的获得的类仍然不能像原始的类名一样使用，既Class a=Class.forName("org.pl4cj.javademo.Demo");然后new a()是不行的）。另一方面就是，JAVA要实现一点动态但又要保证它的安全，所以引入泛型语法

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kimmking
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来自: 中华大丈夫学院

发表时间：2010-07-07

syntax sugar

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