泛型是一种类似”模板代码“的技术,不同语言的泛型实现方式不一定相同。
Java语言的泛型实现方式是擦拭法(Type Erasure)。
所谓擦拭法是指,虚拟机对泛型其实一无所知,所有的工作都是编译器做的。
例如,我们编写了一个泛型类Pair<T>
,这是编译器看到的代码:
public class Pair<T> { private T first; private T last; public Pair(T first, T last) { this.first = first; this.last = last; } public T getFirst() { return first; } public T getLast() { return last; } }
而虚拟机根本不知道泛型。这是虚拟机执行的代码:
public class Pair { private Object first; private Object last; public Pair(Object first, Object last) { this.first = first; this.last = last; } public Object getFirst() { return first; } public Object getLast() { return last; } }
因此,Java使用擦拭法实现泛型,导致了:
编译器把类型
<T>
视为Object
;编译器根据
<T>
实现安全的强制转型。
使用泛型的时候,我们编写的代码也是编译器看到的代码:
Pair<String> p = new Pair<>("Hello", "world"); String first = p.getFirst(); String last = p.getLast();
而虚拟机执行的代码并没有泛型:
Pair p = new Pair("Hello", "world"); String first = (String) p.getFirst(); String last = (String) p.getLast();
所以,Java的泛型是由编译器在编译时实行的,编译器内部永远把所有类型T
视为Object
处理,但是,在需要转型的时候,编译器会根据T
的类型自动为我们实行安全地强制转型。
了解了Java泛型的实现方式——擦拭法,我们就知道了Java泛型的局限:
局限一:<T>
不能是基本类型,例如int
,因为实际类型是Object
,Object
类型无法持有基本类型:
Pair<int> p = new Pair<>(1, 2); // compile error!
局限二:无法取得带泛型的Class
。观察以下代码:
public class Main { public static void main(String[] args) { Pair<String> p1 = new Pair<>("Hello", "world"); Pair<Integer> p2 = new Pair<>(123, 456); Class c1 = p1.getClass(); Class c2 = p2.getClass(); System.out.println(c1==c2); // true System.out.println(c1==Pair.class); // true
} } class Pair<T> { private T first; private T last; public Pair(T first, T last) { this.first = first; this.last = last; } public T getFirst() { return first; } public T getLast() { return last; } }
因为T
是Object
,我们对Pair<String>
和Pair<Integer>
类型获取Class
时,获取到的是同一个Class
,也就是Pair
类的Class
。
换句话说,所有泛型实例,无论T
的类型是什么,getClass()
返回同一个Class
实例,因为编译后它们全部都是Pair<Object>
。
局限三:无法判断带泛型的Class
:
Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456); // Compile error: if (p instanceof Pair<String>.class) { }
原因和前面一样,并不存在Pair<String>.class
,而是只有唯一的Pair.class
。
局限四:不能实例化T
类型:
public class Pair<T> { private T first; private T last; public Pair() { // Compile error: first = new T(); last = new T(); } }
上述代码无法通过编译,因为构造方法的两行语句:
first = new T();last = new T();
擦拭后实际上变成了:
first = new Object();last = new Object();
这样一来,创建new Pair<String>()
和创建new Pair<Integer>()
就全部成了Object
,显然编译器要阻止这种类型不对的代码。
要实例化T
类型,我们必须借助额外的Class<T>
参数:
public class Pair<T> { private T first; private T last; public Pair(Class<T> clazz) { first = clazz.newInstance(); last = clazz.newInstance(); } }
上述代码借助Class<T>
参数并通过反射来实例化T
类型,使用的时候,也必须传入Class<T>
。例如:
Pair<String> pair = new Pair<>(String.class);
因为传入了Class<String>
的实例,所以我们借助String.class
就可以实例化String
类型。
不恰当的覆写方法
有些时候,一个看似正确定义的方法会无法通过编译。例如:
public class Pair<T> { public boolean equals(T t) { return this == t; } }
这是因为,定义的equals(T t)
方法实际上会被擦拭成equals(Object t)
,而这个方法是继承自Object
的,编译器会阻止一个实际上会变成覆写的泛型方法定义。
换个方法名,避开与Object.equals(Object)
的冲突就可以成功编译:
public class Pair<T> { public boolean same(T t) { return this == t; } }
泛型继承
一个类可以继承自一个泛型类。例如:父类的类型是Pair<Integer>
,子类的类型是IntPair
,可以这么继承:
public class IntPair extends Pair<Integer> {}
使用的时候,因为子类IntPair
并没有泛型类型,所以,正常使用即可:
IntPair ip = new IntPair(1, 2);
前面讲了,我们无法获取Pair<T>
的T
类型,即给定一个变量Pair<Integer> p
,无法从p
中获取到Integer
类型。
但是,在父类是泛型类型的情况下,编译器就必须把类型T
(对IntPair
来说,也就是Integer
类型)保存到子类的class文件中,不然编译器就不知道IntPair
只能存取Integer
这种类型。
在继承了泛型类型的情况下,子类可以获取父类的泛型类型。例如:IntPair
可以获取到父类的泛型类型Integer
。获取父类的泛型类型代码比较复杂:
import java.lang.reflect.ParameterizedType; import java.lang.reflect.Type; public class Main { public static void main(String[] args) { Class<IntPair> clazz = IntPair.class; Type t = clazz.getGenericSuperclass(); if (t instanceof ParameterizedType) { ParameterizedType pt = (ParameterizedType) t; Type[] types = pt.getActualTypeArguments(); // 可能有多个泛型类型 Type firstType = types[0]; // 取第一个泛型类型 Class<?> typeClass = (Class<?>) firstType; System.out.println(typeClass); // Integer }
} } class Pair<T> { private T first; private T last; public Pair(T first, T last) { this.first = first; this.last = last; } public T getFirst() { return first; } public T getLast() { return last; } } class IntPair extends Pair<Integer> { public IntPair(Integer first, Integer last) { super(first, last); } }