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【奇淫巧技】Java 泛型 泛型的约束与局限性

【奇淫巧技】Java 泛型 泛型的约束与局限性

作者: JAVA架构师的圈子 | 来源:发表于2020-12-27 22:36 被阅读0次

    不能用基本类型实例化类型参数

    不能用类型参数代替基本类型:例如,没有Pair<double>,只有Pair<Double>,其原因是类型擦除。擦除之后,Pair类含有Object类型的域,而Object不能存储double值。这体现了Java语言中基本类型的独立状态。

    运行时类型查询只适用于原始类型(raw type)

    运行时:通常指在Classloader装载之后,JVM执行之时

    类型查询:instanceof、getClass、强制类型转换

    原始类型:即(raw type),泛型类型经编译器类型擦除后是Object或泛型参数的限定类型(例如Pair<T extends Comparable>,Comparable就是T的限定类型,转化后泛型的原始类型就是Comparable,所以Pair类不带泛型是Pair<Comparable>),即Pair类含有Comparable类型的域

    JVM中没有泛型

    if(a instanceof Pair<String>) //ERROR,仅测试了a是否是任意类型的一个Pair,会看到编译器ERROR警告
    
    
    if(a instanceof Pair<T>) //ERROR
    
    
    Pair<String> p = (Pair<String>) a;//WARNING,仅测试a是否是一个Pair
    
    
    Pair<String> stringPair = ...;
    Pair<Employee> employeePair = ...;
    if(stringPair.getClass() == employeePair.getClass()) 
     //会得到true,因为两次调用getClass都将返回Pair.class
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    不能创建参数化类型的数组(泛型数组)

    参数化类型的数组:指类型带有泛型参数的数组,也即泛型数组,如Pair<T>[] 、 T[]

    不能实例化参数化类型的数组,例如:

    Pair<String> table = new Pair<String>[10]; //ERROR
    

    在这里我们假设可以实例化,那么经编译器类型擦除后,table的类型是Pair[],我们再让它协变为Object[]:

    Object[] objArray = table;
    

    而一般来说,数组会记住他的元素类型Pair,我们如果试图存储其他类型的元素,就会抛出异常(数组存储检查),例如:

    objArray[0] = "Hello"; //ERROR--component type is Pair
    

    但是,对于泛型类型Pair<String>,类型擦除会使这种不同类检查机制无效,这就是不能实例化泛型数组的原因!

    objArray[0] = new Pair<Employee>();  
    //如果泛型机制允许我们实例化数组,那么这一步就没理由出错了!
    //而这违背了我们的初衷(限定类型)
    

    数组存储只会检查擦除后的类型,又因为Java语言设计数组可以协变,所以可以通过编译
    能够通过数组存储检查,不过仍会导致一个类型错误,故不允许创建参数化类型的数组
    注意,声明类型为Pair<String>[]的变量是合法的,只是不能创建这些实例(我们应该直接用new Pair<String>[10]{......}来初始化这个变量)

    泛型数组的间接实现:

    通过泛型数组包装器,如ArrayList类,维护一个Object数组,然后通过进出口方法set、get来限定类型和强制转换数组类型,从而间接实现泛型数组,

    例如:ArrayList: ArrayList<Pair<T>>、ArrayList<T>
    

    不能实例化类型变量T

    即不能使用new T(..) , new T[..] 或 T.class这样的表达式中的类型变量
    例如: public Pair() { first = new T(); } //ERROR!类型擦除将T改变成Object,调用非本意的new Object()
    不能使用new T(..)
    但是,可通过反射调用Class.newInstance方法来构造泛型对象(要注意表达式T.class是非法的)

    public static <T> Pair<T> makePair(Class<T> cl){
        try{ return new Pair<>(cl.newInstance() , cl.newInstance()); }
        catch(Exception ex) { return null; }
    }
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    //这个方法可以按照下列方式调用:
    Pair<String> p = Pair.makePair(String.class);
    

    注意:Class类本身是泛型。String.class是一个Class<String>的实例,因此makePair方法能够推断出pair的类型
    不能使用new T[..]

    解决方案:使用泛型数组包装器,例如ArrayList
    然而,当在设计一个泛型数组包装器时,例如方法minmax返回一个T[]数组,则泛型数组包装器无法施展,因为类型擦除,return (T [])new Object是没有意义的强转不了。此时只好利用反射,调用Array.newInstance

    import java.lang.reflect.*;
    ...
    public static <T extends Comparable> T[] minmax(T... a){
        T[] mm = (T[]) Array.newInstance(a.getClass().getComponentType() , 2);
    ...
    }
    

    【API文档描述】public Class<?> getComponentType() 返回表示数组组件类型的 Class。如果此类不表示数组类,则此方法返回 null。
    而ArrayList类中的toArray方法的实现就麻烦了

    
    public Object[] toArray() 无参,返回Object[]数组即可 
    public Object[] toArray() {
            return Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    

    【API文档描述】public static <T> T[] copyOf(T[] original,int newLength)
      复制指定的数组,截取或用 null 填充(如有必要),以使副本具有指定的长度。对于在原数组和副本中都有效的所有索引,这两个数组将包含相同的值。对于在副本中有效而在原数组无效的所有索引,副本将包含 null。当且仅当指定长度大于原数组的长度时,这些索引存在。所得数组和原数组属于完全相同的类。
    public <T> T[] toArray(T[] a) a - 要存储列表元素的T[]数组(如果它足够大)否则分配一个具有相同运行时类型的新数组,返回该T[]数组

    @SuppressWarnings("unchecked")
        public <T> T[] toArray(T[] a) {
            if (a.length < size)
                // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
                return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); //a.getClass()得运行时目的数组的运行时类型//加入Java开发交流君样:756584822一起吹水聊天
            System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
            if (a.length > size)
                a[size] = null;
            return a;
        }
    

    【API文档描述】
    public static <T,U> T[] copyOf(U[] original,int newLength, Class<? extends T[]> newType)
    复制指定的数组,截取或用 null 填充(如有必要),以使副本具有指定的长度。对于在原数组和副本中都有效的所有索引,这两个数组将包含相同的值。对于在副本中有效而在原数组无效的所有索引,副本将包含 null。当且仅当指定长度大于原数组的长度时,这些索引存在。所得数组属于 newType 类。
    泛型类的静态上下文中类型变量无效

    泛型类不能在静态域或静态方法中引用类型变量

    public class Singleton<T>{
        private static T singleInstance; //ERROR
        public static T getSingleInstance(){...} //ERROR
    }
    

    类型擦除后只剩下Singleton类,因为静态所以他只包含一个singleInstance域,如果能运行则以Singleton类为模板生成不同类型的域,因此产生了冲突

    不能throws或catch泛型类的实例(有关异常)

    泛型类继承Throwable类不合法,如public class Problem<T> extends Exception {...}//ERROR 不能通过编译
    catch子句不能使用类型变量

    public static <T extends Throwable> void doWork(Class<T> t){
        try{
                do work
            }catch (T e){ // ERROR
                Logger.global.info(...)
            }
    }
    

    不过,在异常规范中使用类型变量是允许的:

    public static <T extends Throwable> void doWork(T t) throws T { //此时可以throws T
        try{//加入Java开发交流君样:756584822一起吹水聊天
                do work
            }catch (Throwable realCause){ //捕获到具体实例
                t.initCause(realCause); 
                throw t; //这时候抛具体实例,所以throw t 和 throws T 是可以的!
            }
    }
    

    此特性作用:可以利用泛型类、类型擦除、SuppressWarnings标注,来消除对已检查(checked)异常的检查,
    unchecked和checked异常: Java语言规范将派生于Error类或RuntimeException的所有异常称为未检查(unchecked)异常,其他的是已检查(checked)异常

    • Java异常处理原则:必须为所有已检查(checked)异常提供一个处理器,即一对一个,多对多个
     @SuppressWarnings("unchecked") 
       //SuppressWarning标注很关键,使得编译器认为T是unchecked异常从而不强迫为每一个异常提供处理器
    public static <T extends Throwable> void throwAs(Throwable e) throws
       T{  //因为泛型和类型擦除,可以传递任意checked异常,例如RuntimeException类异常
    
        throw (T) e;
    }
    

    假设该方法放在类Block中,如果调用 Block.<RuntimeException>throwAs(t); 编译器就会认为t是一个未检查的异常

    public abstract class Block{
        public abstract void body() throws Exception;
        public Thread toThread(){
            return new Thread(){
                            public void run(){
                                try{
                                     body();
                                }catch(Throwable t){
                                     Block.<RuntimeException>throwAs(t);
                                }//加入Java开发交流君样:756584822一起吹水聊天
                            }
                        };
        }
    
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public static <T extends Throwable> void throwAs(Throwable e) throws T{
        throw (T) e ;
        }
    }
    

    再写个测试类

    public class Test{
        public static void main(String[] args){
            new Block(){
                public void body() throws Exception{
                    //不存在ixenos文件将产生IOException,checked异常!
                    Scanner in = new Scanner(new File("ixenos"));
                    while(in.hasNext())
                        System.out.println(in.next());
                }//加入Java开发交流君样:756584822一起吹水聊天
            }.toThread().start();
        }
    }
    
    • 启动线程后,throwAs方法将捕获线程run方法所有checked异常,“处理”成unchecked
      Exception(其实只是骗了编译器)后抛出;

    有什么意义?正常情况下,因为run()方法声明为不抛出任何checked异常,所以必须捕获所有checked异常并“包装”到未检查的异常中;意义:而我们这样处理后,就不必去捕获所有并包装到unchecked异常中,我们只是抛出异常并“哄骗”了编译器而已
    注意擦除后的冲突

    Java泛型规范有个原则:“要想支持擦除的转换,就需要强行限制一个泛型类或类型变量T不能同时成为两个接口类型的子类,而这两个接口是统一接口的不同参数化”
    注意:非泛型类可以同时实现同一接口,毕竟没有泛型,很好处理

    class Calender implements Comparable<Calender>{...}
    
    class GGCalender extends Calender implements Comparable<GGCalender>{...} //ERROR
    

    在这里GGCalender类会同时实现Comparable<Calender> 和 Comparable<GGCalender>,这是同一接口的不同参数化

    image

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