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【進階之路】Java的型別擦除式泛型

Java選擇的泛型型別叫做型別擦除式泛型。什麼是型別擦除式泛型呢?就是Java語言中的泛型只存在於程式原始碼之中,在編譯後的位元組碼檔案裡,則全部泛型都會被替換為原來的原始型別(Raw Type),並且會在相應的地方插入強制轉型的程式碼。

因此,對於執行期間的Java程式來說ArrayList< Integer>和ArrayList< String>其實是同一個型別。這也就是Java選擇的泛型型別叫做型別擦除式泛型的原因。

ArrayList<String> stringArrays =new ArrayList<>();
ArrayList<Integer> intArrays =new ArrayList<>();

System.out.println(stringArrays.getClass().getTypeName().equals(intArrays.getClass().getTypeName()));

很顯然 答案是 true,因為他們的型別都是java.util.ArrayList

一、型別擦除式泛型

Java為什麼採用這種泛型呢?其實在於如果使用C#型別的泛型的話,會導致新的的Java版本無法去相容原始的Java版本,也就會違背“二進位制相容性”原則。

所謂“二進位制相容性”,指的就是在升級java的版本時,不必重新修改原來的程式程式碼,既可使得程式在現在以至於未來的版本中能夠正常執行。

也是因為“二進位制相容性”原則,Java在1.4.2之前的版本都沒有支援過泛型,如果需要在1.5之後的版本突然引入泛型,就需要考慮讓以前的程式在新版本的虛擬機器中還能正常執行。

其實,Java的設計者也可以考慮學習C#一般,平行地增加一套泛型版本的新型別,以前的版本保持不變就行了。但是Java的設計人員並沒有這麼做,而是選擇了把已有的不支援泛型的型別泛型化,不新增任何平行於已有型別的泛型版。

還是我們剛剛所講的例子,因為Java1.5之後把所有的型別泛型化,所以ArrayList< Integer>和ArrayList< String>全都被轉化為了ArrayList的子類。

將之前的程式碼反序列化之後,我們能夠看出強制轉化的型別消失了,Java程式碼變回了泛型出現之前的寫法。

public static void main(String[] var0) {
    ArrayList var1 = new ArrayList();
    ArrayList var2 = new ArrayList();
}

當然,元素訪問時插入了從Object到String的時候,則會強制轉型程式碼。

泛型擦除之後:

HashMap var1 = new HashMap();
var1.put("A", "A");
System.out.println((String)var1.get("A"));

HashMap var2 = new HashMap();
var2.put(1, "A");
System.out.println((String)var2.get(1));

HashMap var3 = new HashMap();
var3.put("A", 1);
System.out.println(var3.get("A"));

也是因為型別擦除的問題,我們存入List的不同型別的物件都可以自然的轉換成Object型別,但是取出的時候都需要強制轉換,所以會出現拆箱裝箱的消耗、以及可能出現的資料型別轉換的錯誤。因此,在使用集合的時候推薦使用ArrayList< String>這種已經轉換完畢的形式。

ArrayList var1 = new ArrayList();
var1.add("aaaa");
var1.add(100);
var1.add('c');
var1.add(21.5F);

二、泛型可能出現的問題

1、型別轉換的問題

如果我們想實現一個方法,想要將不確定的List集合轉化為陣列,那我們該怎麼做?因為泛型的型別可擦除,我們無法直接從List中取得引數化型別T,所以只能從額外的引數中傳遞一個數組的泛型型別進去進行轉換。

//必須傳遞Class<T> otherType作為引數型別
public static <T> T[] convert(List<T> list ,Class<T> otherType){
    T[] array = (T[]) Array.newInstance(otherType,list.size());
    return array;
}
public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<String>(){{
        add("A");
    }};
 
    String[] result =convert(list,String.class);
}

當然,也可以通過反射手段來獲取泛型型別。

Class clazz = list.getClass();
//getSuperclass()獲得該類的父類

System.out.println(clazz.getSuperclass()); //class java.util.ArrayList
//getGenericSuperclass()獲得帶有泛型的父類
//Type是 Java 程式語言中所有型別的公共高階介面。它們包括原始型別、引數化型別、陣列型別、型別變數和基本型別。

Type type = clazz.getGenericSuperclass();
System.out.println(type); //java.util.ArrayList<java.lang.String>

//ParameterizedType引數化型別,即泛型
ParameterizedType p = (ParameterizedType) type;

//getActualTypeArguments獲取引數化型別的陣列,泛型可能有多個
Class c = (Class) p.getActualTypeArguments()[0];
System.out.println(c); //class java.lang.String

String[] convert = convert(list, c);

2、泛型與過載的矛盾

public static  void method(List<String> list){
     
}
public static  void method(List<Integer> list){
}

便已無法通過:
'method(List<Integer>)' clashes with 'method(List<String>)'; both methods have same erasure

我們已知上面的程式碼是無法通過編譯的,因為List中的引數被擦除了,變成了原始型別的List。

三、泛型的最佳實踐

經過之前的論述,大家已經知道了Java泛型的一些基礎知識,以及在使用泛型的時候可能出現的問題。如果在使用泛型的時候可以遵循一些基本的原則,就能避免一些常見的問題。

    1. 在程式碼中避免泛型類和原始型別的混用。比如List< String>和List不應該共同使用。這樣會產生一些編譯器警告和潛在的執行時異常。當需要利用JDK 5之前開發的遺留程式碼,而不得不這麼做時,也儘可能的隔離相關的程式碼。
    1. 在使用帶萬用字元的泛型類的時候,儘可能的明確萬用字元所代表的一組型別的概念。
    1. 泛型類最好不要同陣列一塊使用。你只能建立new List<?>[10]這樣的陣列,無法建立new List[10]這樣的。這限制了陣列的使用能力,而且會帶來很多費解的問題。因此,當需要類似陣列的功能時候,使用集合類即可。
    1. 如果編譯器給出的警告資訊,在其他地方很多時候可以忽略(可能是格式帶來的問題),但是在泛型程式碼中還是儘量解決問題。

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