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Java隨筆-Java泛型的一點學習

Java泛型
Java泛型(generics)是JDK 5中引入的一個新特性,允許在定義類和介面的時候使用型別引數(type parameter)。宣告的型別引數在使用時用具體的型別來替換。泛型最主要的應用是在JDK 5中的新集合類框架中。泛型的引入可以解決JDK5之前的集合類框架在使用過程中較為容出現的執行時型別轉換異常,因為編譯器可以在編譯時通過型別檢查,規避掉一些潛在的風險。

在JDK5之前,使用集合框架時,是沒有型別資訊的,統一使用Object,我找了一段JDK4 List介面的方法簽名

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如下是JDK5開始引入泛型,List介面的改動,新的方法簽名,引入了型別引數。
boolean add(E e);
在JDK5之前,使用集合類時,可以往其中新增任意元素,因為其中的型別是Object,在取出的階段做強制轉換,由此可能引發很多意向不到的執行時強制轉換錯誤,比如以下程式碼。

public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
List a = new ArrayList();
a.add("123");
a.add(1);
// 以上程式碼可以正常通過編譯,其中同時含有了Integer型別和String型別
for (int i = 0 ; i < a.size(); i++) {
int result = (Integer)a.get(i); // 在取出時需要對Object進行強制轉型
System.out.println(result);
}
}
}
如上程式碼就會在執行時階段帶來強轉異常,在編譯時間不能夠排查出潛在風險。

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如果使用泛型機制,可以在編譯期間就檢查出List的型別插入的有問題,進行規避,如下程式碼。
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
List a = new ArrayList();
a.add("123"); // 編譯不通過
a.add(1);
}
}
引入泛型後,編譯器會在編譯時先根據型別引數進行型別檢查,杜絕掉一些潛在風險。 為何說是在編譯時檢查,因為在執行時仍然是可以通過反射,將不符合型別引數的資料插入至list中,如下程式碼所示。

public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
List a = new ArrayList();
List b = new ArrayList();
a.getClass().getMethod("add",Object.class).invoke(a,"abc");
// 以上程式碼編譯通過,執行通過
}
}
引入泛型的同時,也為了相容JDK5之前的類庫,JDK5開始引入的其實是偽泛型,在生成的Java位元組碼中是不包含泛型中的型別資訊的。使用泛型的時候加上的型別引數,會在編譯器在編譯的時候去掉。這個過程就稱為型別擦除。如在程式碼中定義的List等型別,在編譯後都會變成List,也就自然相容了JDK5之前的程式碼。 Java的泛型機制和C++等的泛型機制實現不同,Java的泛型靠的還是型別擦除,目的碼只會生成一份,犧牲的是執行速度。C++的模板會對針對不同的模板引數靜態例項化,目的碼體積會稍大一些,執行速度會快很多。

進行型別擦除後,型別引數原始型別(raw type)就是擦除去了泛型資訊,最後在位元組碼中的型別變數的真正型別。無論何時定義一個泛型型別,相應的原始型別都會被自動地提供。型別變數被擦除,並使用其限定型別(無限定的變數用Object)替換。

class Pair {
private T value;
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
}

Pair的原始型別為:
class Pair {
private Object value;
public Object getValue() {
return value;
}
public void setValue(Object value) {
this.value = value;
}
}
在Pair中,型別擦除,使用Object,其結果就是一個普通的類,如同泛型加入java程式語言之前已經實現的那樣。在程式中可以包含不同型別的Pair,如Pair或Pair,但是,擦除型別後它們就成為原始的Pair型別了,原始型別都是Object。ArrayList被擦除型別後,原始型別也變成了Object,通過反射我們就可以儲存字串了。

在呼叫泛型方法的時候,可以指定泛型,也可以不指定泛型。在不指定泛型的情況下,泛型變數的型別為 該方法中的幾種型別的同一個父類的最小級,直到Object。在指定泛型的時候,該方法中的幾種型別必須是該泛型例項型別或者其子類。

public class Test1 {

public static void main(String[] args) {

  /** 不指定泛型的時候 */
  int i = Test1.add(1, 2); // 這兩個引數都是Integer,所以T為Integer型別
  Number f = Test1.add(1, 1.2);// 這兩個引數一個是Integer,以風格是Float,所以取同一父類的最小級,為Number
  Object o = Test1.add(1, "asd");// 這兩個引數一個是Integer,以風格是Float,所以取同一父類的最小級,為Object

  /** 指定泛型的時候 */
  int a = Test1.<Integer> add(1, 2);// 指定了Integer,所以只能為Integer型別或者其子類
  int b = Test1.<Integer> add(1, 2.2);// 編譯錯誤,指定了Integer,不能為Float
  Number c = Test1.<Number> add(1, 2.2); // 指定為Number,所以可以為Integer和Float

}

// 這是一個簡單的泛型方法
public static T add(T x, T y) {
return y;
}
}
因為型別擦除的問題,所有的泛型型別變數最後都會被替換為原始型別,但在泛型的使用中,我們不需要對取出的資料做強制轉換。

public class Test1 {

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> a = new ArrayList();
    a.add(1);

    for (int i = 0 ; i < a.size(); i++) {
        int result = a.get(i);
        System.out.println(result);
    }
}

}
我們從位元組碼的角度來探索一下。

public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #2 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList.""