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Java泛型-型別擦除

高洛峰
發布: 2016-12-19 15:35:05
原創
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一、概述

      Java泛型在使用過程有許多的問題,如不存在List.class, List不能賦值給List(不可協變),奇怪的ClassCastException等。 正確的使用Java泛型需要深入的了解Java的一些概念,如協變,橋接方法,以及這篇筆記記錄的類型擦除。 Java泛型的處理幾乎都在編譯器中進行,編譯器產生的bytecode是不包涵泛型資訊的,泛型型別資訊會在編譯處理是被擦除,這個過程即型別擦除。

二、編譯器如何處理泛型?

     通常情況下,一個編譯器處理泛型有兩種方式:
     1.Code specialization。在實例化一個泛型類別或泛型方法時都產生一份新的目標代碼(字節碼or二進位代碼)。例如,針對一個泛型list,可能需要 針對string,integer,float產生三個目標程式碼。
     2.Code sharing。對每個泛型類別只產生唯一的一份目標代碼;該泛型類別的所有實例都映射到這份目標代碼上,在需要的時候執行類型檢查和類型轉換。
     C++中的模板(template)是典型的Code specialization實作。 C++編譯器會為每一個泛型類別實例產生一份執行程式碼。執行程式碼中integer list和string list是兩種不同的型別。這樣會導致代碼膨脹(code bloat),不過有經驗的C++程式設計師可以有技巧的避免代碼膨脹。
     Code specialization另一個弊端是在引用型別系統中,浪費空間,因為引用型別集合中元素本質上都是指標。沒必要為每個類型產生一份執行程式碼。而這也是Java編譯器中採用Code sharing方式處理泛型的主要原因。
     Java編譯器透過Code sharing方式為每個泛型型別建立唯一的字節碼表示,並且將該泛型類型的實例都對應到這個唯一的字節碼表示上。將多種泛型類形實例對應到唯一的字節碼表示是透過類型擦除(type erasue)實現的。

三、 什麼是類型擦除?

     類型擦除指的是透過型別參數合併,將泛型型別實例關聯到同一份字節碼上。編譯器只為泛型類型產生一份字節碼,並將其實例關聯到這份字節碼上。類型擦除的關鍵在於從泛型類型中清除類型參數的相關信息,並且再必要的時候添加類型檢查和類型轉換的方法。
     類型擦除可以簡單的理解為將泛型java程式碼轉換為普通java程式碼,只不過編譯器更直接點,將泛型java程式碼直接轉換成普通java字節碼。
     類型擦除的主要過程如下:
     1.將所有的泛型參數以其最左邊界(最頂級的父類型)類型替換。
     2.移除所有的型別參數。
     如

interface Comparable <A> {   
  public int compareTo( A that);   
}   
final class NumericValue implements Comparable <NumericValue> {   
  priva te byte value;    
  public  NumericValue (byte value) { this.value = value; }    
  public  byte getValue() { return value; }    
  public  int compareTo( NumericValue t hat) { return this.value - that.value; }   
}   
-----------------  
class Collections {    
  public static <A extends Comparable<A>>A max(Collection <A> xs) {   
    Iterator <A> xi = xs.iterator();   
    A w = xi.next();   
    while (xi.hasNext()) {   
      A x = xi.next();   
      if (w.compareTo(x) < 0) w = x;   
    }   
    return w;   
  }   
}   
final class Test {   
  public static void main (String[ ] args) {   
    LinkedList <NumericValue> numberList = new LinkedList <NumericValue> ();   
    numberList .add(new NumericValue((byte)0));    
    numberList .add(new NumericValue((byte)1));    
    NumericValue y = Collections.max( numberList );    
  }   
}<span style="color: #333333; font-family: Arial; font-size: 14px;">  
</span>
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經過類型擦除後的類型為
 interface Comparable { 

  public int compareTo( Object that);   
}   
final class NumericValue implements Comparable {   
  priva te byte value;    
  public  NumericValue (byte value) { this.value = value; }    
  public  byte getValue() { return value; }    
  public  int compareTo( NumericValue t hat)   { return this.value - that.value; }   
  public  int compareTo(Object that) { return this.compareTo((NumericValue)that);  }   
}   
-------------  
class Collections {    
  public static Comparable max(Collection xs) {   
    Iterator xi = xs.iterator();   
    Comparable w = (Comparable) xi.next();   
    while (xi.hasNext()) {   
      Comparable x = (Comparable) xi.next();   
      if (w.compareTo(x) < 0) w = x;   
    }   
    return w;   
  }   
}   
final class Test {   
  public static void main (String[ ] args) {   
    LinkedList numberList = new LinkedList();   
    numberList .add(new NumericValue((byte)0));  ,  
    numberList .add(new NumericValue((byte)1));    
    NumericValue y = (NumericValue) Collections.max( numberList );    
  }   
}<span style="color: #333333; font-family: Arial; font-size: 14px;">  
</span>
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第一個泛型類別Comparable 擦除後 A被替換為最左邊界邊界。 Comparable的型別參數NumericValue被擦除掉,但是這直 接導致NumericValue沒有實作介面Comparable的compareTo(Object that)方法,於是編譯器充當好人,加入了一個橋接方法。
第二個範例中限定了型別參數的邊界
>A,A必須為Comparable的子類,依照型別擦除的過程,先講所有的型別參數 ti換為最左邊界Comparable,然後去掉參數類型A,得到最終的擦除後結果。

四、類型擦除所帶來的問題

     正是由於類型擦除的隱藏存在,直接導致了眾多的泛型靈異問題。
 Q1.用同一泛型類別的實例區分方法簽章? ——NO!
    import java.util.*;

編譯此類,

Java泛型-型別擦除

参数类型明明不一样啊,一个List,一个是List,但是,偷偷的说,type erasure之后,它就都是List了⋯⋯
Q2. 同时catch同一个泛型异常类的多个实例?——NO!
同理,如果定义了一个泛型一场类GenericException,千万别同时catch GenericException和GenericException,因为他们是一样一样滴⋯⋯
Q3.泛型类的静态变量是共享的?——Yes!
猜猜这段代码的输出是什么?

答案是——2!由于经过类型擦除,所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上,泛型类的所有静态变量是共享的。

五、Just remember

1.虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法
2.所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除
3.创建泛型对象时请指明类型,让编译器尽早的做参数检查(Effective Java,第23条:请不要在新代码中使用原生态类型)
4.不要忽略编译器的警告信息,那意味着潜在的ClassCastException等着你。



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來源:php.cn
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