Core Java笔记 7.泛型(I) - 概念,语法与原理
2015-05-04 21:41
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本章重点:
为何要使用泛型
定义泛型类
定义泛型方法
原理:Java 泛型代码机制
泛型与多态的冲突与解决
本文主要介绍 Java 泛型的概念和定义,以及 Java 泛型机制的实现原理。
为何要使用泛型
使用泛型程序设计,可以避免随处可见的 Object 以及强制转换,提高了代码的安全性和可读性。定义泛型类
类型参数(type parameters): Java 和C++一样,通过引入类型参数进行泛型编程。泛型类(generic class): 指含有一个或者多个类型参数的类。
e.g.
package corejava.generic; /** * Created by guolong.fan on 15/5/4. */ class Pair<T> { public Pair() { first = null; second = null;} public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } public T getFirst() { return first; } public T getSecond() { return second; } public void setFirst(T newValue) { first = newValue; } public void setSecond(T newValue) { second = newValue; } private T first; private T second; } public class PairTest { public static void main(String[] args) { String[] words = { "Mary", "had", "a", "little", "lamb" }; Pair<String> mm = minmax(words); System.out.println("min = " + mm.getFirst()); System.out.println("max = " + mm.getSecond()); } // 后面会引入 泛型方法 写更加通用的方法 public static Pair<String> minmax(String[] a) { if (a == null || a.length == 0) return null; String min = a[0]; String max = a[0]; for (String ele : a) { if (min.compareTo(ele) > 0) min = ele; if (max.compareTo(ele) < 0) max = ele; } return new Pair<String>(min, max); } }
定义泛型方法
可以在普通类中定义泛型方法。概念: 类型推断, 类型限定,多类型限定。
e.g.
package corejava.generic; /** * Created by guolong.fan on 15/5/4. */ class ArrayAlg { // 概念1: 最简单的泛型方法(无类型限定) public static <T> T getMiddle(T[] a) { return a[a.length/2]; } // 概念2. 类型限定:<T extends Comparable> public static <T extends Comparable> T min(T[] a) { if (a == null || a.length == 0) return null; T min = a[0]; for (T ele : a) { if (min.compareTo(ele) > 0) min = ele; } return min; } // 概念3. 多类型限定: <T extends Comparable & Serializable> // 概念4. Comparable 本身是泛型,下一讲会介绍完整的限定写法. } public class ArrayAlgTest { public static void main(String[] args) { String[] names = { "John", "Q.", "Public" }; // 概念4. 类型推断 String middle = ArrayAlg.<String>getMiddle(names); // 简化写法. 编译器会做类型推断. // String middle = ArrayAlg.getMiddle(names); // 概念5. 基本类型无法用于泛型(见后面详解) // int midVal = ArrayAlg.getMiddle(new double[] {120.2, 14, 34}); // Compile ERROR!!! } }
原理:Java 泛型代码机制
泛型类可以看成普通类的工厂! JVM 没有泛型类型对象 —— 所有对象都是普通类对象。泛型是编译器行为. 这是 Java 和C++泛型的本质区别,也是 Java 泛型表达能力弱的根源.编译器如何编译 Java 泛型代码
过程:擦除(Erase): 泛型类和泛型方法无论何时定义泛型类型,都会自动提供一个对应的原始类型(raw type). 例如: Pair 的原始类型就是 Pair。
使用端(具体的泛型类):泛型代码块翻译
1. erase
泛型类和泛型方法的擦除策略: 分为两种情况:有限定和无限定(即默认 Object 限定). 无限定采用 Object 进行擦除(这是 Java 泛型不支持基本类型的原因),限定采用第一个限定(即extends 后面的第一个
接口/类)擦除.
Pair 会被擦除为:
class Pair { public Pair() { first = null; second = null;} public Pair(Object first, Object second) { this.first = first; this.second = second; } public Object getFirst() { return first; } public Object getSecond() { return second; } public void setFirst(Object newValue) { first = newValue; } public void setSecond(Object newValue) { second = newValue; } private Object first; private Object second; }
限定切换与性能
对于诸如:多限定的泛型类/泛型方法,会产生切换限定的概念, 采用第一个类型进行擦除,代码必要时会插入强类型转换来切换限定,所以为了提高效率(减少强制转换),应该将 tagging 接口放在末尾,主要看哪个使用的多。
2. 泛型代码块翻译
使用端使用具体的泛型类,这时候编译器实际上是通过添加强制转换代码来完成的。e.g.
Pair<Employee> buddies = ...; Employee buddy = buddies.getFirst(); // 会被翻译成两条指定: Object obj = buddies.getFirst(); Employee buddy = (Employee) obj;
泛型与多态的冲突与解决
问题1: 类型擦除与多态冲突
假如:public class DateInterval extends Pair<Date> { @Override public void setSecond(Date second) { if (second.compareTo(getFirst()) >= 0) { super.setSecond(second); } } }
DateInterval 会被 erase 为:
public class DateInterval extends Pair { @Override public void setSecond(Date second) { ... ... } ... ... }
这时候 DateInterval 就会有两个 setSecond 方法,一个是从 Pair 继承而来的方法,一个是 @Override 的 setSecond 方法。
那么问题来了,多态不是失效啦么??@Override应该会导致编译出错啊(@Override会执行编译检查)?那么 Java 编译器是如何解决的呢??
分析:
➜ javap -private DateInterval Compiled from "DateInterval.java" public class corejava.generic.DateInterval extends corejava.generic.Pair{ public corejava.generic.DateInterval(); public void setSecond(java.util.Date); public void setSecond(java.lang.Object); // 注: bridge method. }
其实 Java 编译器会为 DateInterval 类生成一个 bridge method.
这个 bridge method 大致实现是:
public void setSecond(java.lang.Object) { setSecond((Date) second); }
这样就保证了 Java 多态语义,其实 @Override 的是 setSecond(Object).
问题2: 返回值冲突与解决
如果返回值出现冲突e.g.
public class DateInterval extends Pair<Date> { ... @Override public Date getSecond() { return (Date)super.getSecond().clone(); } }
分析:
➜ generic javap -private DateInterval Compiled from "DateInterval.java" public class corejava.generic.DateInterval extends corejava.generic.Pair{ public corejava.generic.DateInterval(); public java.util.Date getSecond(); public java.lang.Object getSecond(); // 注: bridge method }
一个惊人的发现: 竟然有两个方法名和参数完全一样的方法,你没看错,真的有两个,你需要知道的是:JVM 能够正确处理调用哪个方法(其实就是调用 bridge method, bridge method 再调用协变方法).
Java SE5.0 中增加了一个额外的特性: 协变。也是通过 bridge method 实现的。
小总结
JVM 中没有泛型,只有普通类和普通方法.所有的类型参数都用它们的限定类型替换(erase).
bridge method 用来解决泛型和多态的冲突.
为保持类型安全性,编译器必要时插入强制类型转换.
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