《Java 核心技术卷1 第10版》学习笔记 ------ 泛型【进阶】

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这部分主要是结合 Java 虚拟机实现泛型的原理进一步研究如何更好的使用泛型。

8.5 泛型代码和虚拟机

虚拟机没有泛型类型对象---所有对象都属于普通类。所以编译器在编译的时候会进行类型擦除操作。

8.5.1 类型擦除

1. 什么是类型擦除?

无论何时定义一个泛型类型, 都自动提供了一个相应的原始类型 ( raw type )。原始类型的名字就是删去类型参数后的泛型类型名。擦除( erased) 类型变量, 并替换为限定类型(无限定的变量用 Object。)

擦除规则:原始类型用第一个限定的类型变量来替换, 如果没有给定限定就用 Object 替换。

例如 Pair<T> 的原始类型如下:

public class Pair
{
    private Object first;
    private Object second;

    public Pair(Object first, Object second)
    {
        this,first = first;
        this.second = second;
    }

    public Object getFirstO { return first; }
    public Object getSecondO { return second; }
    public void setFirst(Object newValue) { first = newValue; }
    public void setSecond(Object newValue) { second = newValue; }
}

// 因为 T 是无限定的变量,所以用 Object 代替

结果是一个普通的类, 就好像泛型引人 Java 语言之前已经实现的那样。

多个限定类型例子:

// 泛型类【多个限定修饰符 Comparable 和 Serializable】
public class Interval <T extends Comparable & Serializable〉implements Serializable
{
    private T lower;
    private T upper;
    public Interval (T first, T second)
    {
        if (first.compareTo(second) <= 0) { lower = first; upper = second; }
        else { lower = second; upper = first; }
    }
}

// 类型擦除后【多个限定符,选择第一个限定符 Comparable 】
public class Interval implements Serializable
{
    private Comparable lower;
    private Comparable upper;
    public Interval (Coiparable first, Coiparable second) { . . . }
}

注释:读者可能想要知道切换限定: class Interval<T extends Serializable & Comparable>会发生什么。如果这样做, 原始类型用 Serializable 替换 T, 而编译器在必要时要向Comparable 插入强制类型转换。为了提高效率,应该将标签(tagging) 接口(即没有方法的接口)放在边界列表的末尾。

8.5.2 翻译泛型表达式

当程序调用泛型方法时,如果擦除返回类型, 编译器插入强制类型转换。例如,下面这个语句序列

Pair<Employee> buddies = ...;
Employee buddy = buddies.getFirst();

擦除 getFirst 的返回类型后将返回 Object 类型。编译器自动插人 Employee 的强制类型转换。
也就是说,编译器把这个方法调用翻译为两条虚拟机指令:

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  • 对原始方法 Pair.getFirst 的调用。
  • 将返回的 Object 类型强制转换为 Employee 类型。

8.5.3 翻译泛型方法

类型擦除也会出现在泛型方法中。程序员通常认为下述的泛型方法

public static <T extends Comparable〉T min(T[] a)

是一个完整的方法族,而擦除类型之后,只剩下一个方法:

// 擦除泛型之后
public static Comparable min(Comparable[] a)

注意,类型参数 T 已经被擦除了, 只留下了限定类型 Comparable。

方法的擦除带来了两个复杂问题。看一看下面这个示例:

class DateInterval extends Pair<LocalDate>{
    public void setSecond(LocalDate second){
        if(second.compareTo( getFirst() ) >= 0){
            super.setSecond(second);
        }
    }
}

上面代码的意思是,一个日期区间是一对 LocalDate 对象,并且需要覆盖这个方法来确保第二个值永远不小于第一个值。这个类擦除后变成:

class DataInterval extends Pair // after erasure
{
    public void setSecond(LocalDate second){...}
}

令人感到奇怪的是,存在另一个从 Pair 继承的 setSecond 方法,即

// Pair 中存在的 setSecond 方法
public void setSecond(Object second)

这显然是一个不同的方法,因为它有一个不同类型的参数 Object, 而不是 LocalDate。然而,不应该不一样。考虑下面的语句序列:

Datelnterval interval = new Datelnterval(. . .);
Pair<Loca1Date> pair = interval; // OK assignment to superclass
pair.setSecond(aDate);

这里, 希望对 setSecond 的调用具有多态性, 并调用最合适的那个方法。由于 pair 引用 Datelnterval 对象,所以应该调用 Datelnterval.setSecond。问题在于类型擦除与多态发生了冲突。要解决这个问题, 就需要编译器在 Datelnterval 类中生成一个桥方法(bridge method):

// 编译器重写了 Pair 的 setSecond(Object second)
@Override
public void setSecond(Object second) { 
    setSecond( (LocalDate) second );    // 调用擦除后的 setSecond( (LocalDate) second)【桥方法】
}

要想了解它的工作过程,请仔细地跟踪下列语句的执行:

pair.setSecond(aDate);

变量 pair 已经声明为类型 Pair<LocalDate>, 并且这个类型只有一个简单的方法叫 setSecond, 即 setSecond(Object second) 虚拟机用 pair 引用的对象调用这个方法。这个对象是 Datelnterval 类型的, 因而将会调用 Datelnterval.setSecond(Object)方法。这个方法是合成的
桥方法。它调用 Datelnterval.setSecond(LocalDate), 这正是我们所期望的操作效果。

桥方法可能会变得十分奇怪。假设 Datelnterval 方法也覆盖了 getSecond 方法:

class Datelnterval extends Pair<LocalDate>
{
    public LocalDate getSecond() { 
        return (Date) super.getSecond().clone(); 
    }
}

// 在 Datelnterval 类中,有两个 getSecond 方法:
LocalDate getSecond() // defined in Datelnterval
Object getSecond() // overrides the method defined in Pair to call the first method

不能这样编写 Java 代码(在这里,具有相同参数类型的两个方法是不合法的)。它们都没有参数。但是,在虚拟机中,用参数类型和返回类型确定一个方法。因此, 编译器可能产生两个仅返回类型不同的方法字节码,虚拟机能够正确地处理这一情况。

总之,需要记住有关 Java 泛型转换的事实:

  • 虚拟机中没有泛型,只有普通的类和方法。
  • 所有的类型参数都用它们的限定类型替换。
  • 桥方法被合成来保持多态。
  • 为保持类型安全性,必要时插人强制类型转换

8.5.4 调用遗留代码

设计 Java 泛型类型时,主要目标是允许泛型代码和遗留代码之间能够互操作

略。

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