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90%人不懂的泛型局限性,泛型擦除,星投影

来源:互联网 作者:佚名 时间:2022-07-19 11:30
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在之前的文章 90%的人都不懂的泛型,泛型的缺陷和应用场景 中介绍了:

  • 为什么要有泛型
  • Kotlin 和 Java 的协变和逆变的区别和应用场景,
  • Java 数组协变的缺陷
  • 通配符 <? extends> 、 <? super> 、 <out> 、 <in> 的区别和应用场景

而今天这篇文章我们主要介绍泛型擦除和它的局限性,所以通过这篇文章你将学习到以下内容:

  • 能直接实例化泛型吗?
  • 泛型被擦除之后,一定会编译成 Object 类型吗?
  • 为什么无法获取泛型 Class 类型?
  • 为什么要擦除掉泛型?
  • 泛型信息被擦除了之后,泛型信息真的不存在了吗?
  • 迷惑的通配符 ? 号和星投影

泛型擦除我相信对于每个开发者并不陌生,先写一段示例代码,实例化泛型 <T>,我们花三秒钟思考一下,下面的代码是否可以正常编译。

// Java public class GenericPersonJava<T> { GenericPersonJava() { T t = new T() } } //Kotlin class GenericPersonKt<T> { init { val t: T = T() } }

编译会出错,因为 &lt;T&gt; 被擦除之后,会将 &lt;T&gt; 编译成 Object, JVM 指令如下图所示。

90%人不懂的泛型局限性,泛型擦除,星投影

如果传入的泛型参数是 String, 那么泛型被擦除之后,会编译成 Object 类型,类型显然不对,无论是 Java 还是 Kotlin 在编译阶段都无法确定泛型参数的类型,所以为了防止类型问题,编译器不支持直接对泛型实例化,这也是泛型的局限性,不能直接对泛型实例化。

如果想实例化泛型,Java 和 Kotlin 通用解决方案,通过 Class 反射的方式来实例化泛型 &lt;T&gt;,我们修改一下上面的代码,即可正常编译运行。

// Java public class GenericPersonJava<T> { GenericPersonJava(Class<T> classes) { T t = classes.newInstance(); } } // kotlin class GenericPersonKt<T>(classes: Class<T>) { init { val t: T = classes.newInstance() } }

我们在思考一下泛型 &lt;T&gt; 被擦除之后,一定会编译成 Object 类型吗? 修改一下上面的代码,给泛型添加上界,在花 3 秒钟思考一下编译后的泛型 &lt;T&gt; 是什么类型。

// Java public class GenericPersonJava<T extends String> { } // Kotlin class GenericPersonKt<T : String>() { }

修改后的代码,给泛型添加了上界,即泛型 &lt;T&gt; 继承自 String,泛型被擦除之后,会被编译成 String 类型,如下图所示。

90%人不懂的泛型局限性,泛型擦除,星投影

因此我们可以得出一个结论,无论是 Java 还是 Kotin:

  • 如果泛型没有指定上界 &lt;T&gt;,泛型被擦除之后,会被编译成 Object 类型
  • 如果泛型指定了上界,例如 &lt;T : String&gt;,泛型被擦除之后,会被编译成 String 类型

无法获取泛型 Class 类型

我们在来介绍一下泛型另外一个局限性无法获取泛型 Class 类型,先写一段代码,我们在花 3 秒钟思考一下,以下代码输出的结果是什么。

// Java public static void main(String... args) { List<Integer> p1 = new ArrayList<Integer>(); List<Double> p2 = new ArrayList<Double>(); System.out.println(p1.getClass() == p2.getClass()); } // Kotlin fun main() { val p1: List<Int> = ArrayList<Int>() val p2: List<Double> = ArrayList<Double>() println(p1.javaClass == p2.javaClass) }

上面的代码 Java 和 Kotlin 输出的结果都是 true,因为泛型被擦除了之后,无论 ArrayList&lt;Integer&gt; 还是 ArrayList&lt;Double&gt; 获取 class 的时候,获取到的都是同一个 ArrayList class。

所以对于一个泛型 ArrayList&lt;T&gt; 无论 &lt;T&gt; 是什么类型,编译完了之后都会被擦除掉,最后获取到的都是 ArrayList class 而不是 ArrayList&lt;T&gt; class。

90%人不懂的泛型局限性,泛型擦除,星投影

为什么要擦除掉泛型?

泛型是 Java 1.5 之后引入的,在之前的版本是没有泛型这个概念,所以为了兼容之前的版本,因此在生成字节码的时候,将泛型信息擦除掉了。

泛型信息被擦除,真的不存在了吗

我们在思考一下泛型信息被擦除了之后,泛型信息真的不存在了吗?我们先写一段代码,看一下编译后的 JVM 指令。

public class GenericJava { public static void main(String... args) { ArrayList<Integer> p1 = new ArrayList<Integer>(); } }

生成的 JVM 指令如下图所示。

90%人不懂的泛型局限性,泛型擦除,星投影

标记 1 执行 New 命令创建了 ArrayList 对象,而不是 ArrayList&lt;Integer&gt;,由此可见泛型信息被擦除了。我们继续往下看有个 LocalVariableTable 和 LocalVariableTypeTable。

  • LocalVariableTable 就是我们常说的局部变量表,保存方法参数列表和方法内的局部变量,按照声明的顺序存储,它以数组的形式展示,更多关于局部变量表和操作数栈的知识点,欢迎前往查看另外一个篇文章 CPU 如何记录函数调用过程和返回过程。

  • LocalVariableTypeTable 它的数据结构和 LocalVariableTable 是一样的,只不过它是用来保存泛型信息

正如图中 标记 2 所示,我们在代码中编写的泛型 ArrayList&lt;Integer&gt;,泛型信息被擦除掉之后,会保存到 LocalVariableTypeTable 中,所以并没有真正意义上的将泛型相关的信息抹除掉。正因为泛型信息被保存了下来,所以我们在运行时,可以通过反射获取到泛型相关的信息。

无论使用 Java 还是 Kotlin, 定义在类型的上的泛型、定义在方法参数的泛型,定义在方法返回值的泛型、定义在局部变量的泛型、还是定义在全局变量中的泛型,它们的泛型信息都会保存下来。如下图所示。

90%人不懂的泛型局限性,泛型擦除,星投影

? 号和星投影

Koltin 中的星投影,即泛型 &lt;*&gt;,其实等效于 Java 中的 &lt;?&gt; 号,用于表示不确定泛型是什么类型的信息。我们来看一段代码。

// Java List<?> list; // Kotlin val list: List<*>

上面的代码其实等效于下面的代码。

// Java List<? extends Object> list; // Koltin val list: List<out Any>
  • Java 中的通配符 &lt;?&gt; 号等效于 &lt;? extends Object&gt;
  • Kotlin 中的通配符 &lt;*&gt; 号等效于 &lt;out Any&gt;

在 Java 中 Object 类是所有类的父类,在 Kotlin 中分为非空和可空两种类型,因此 Any 是所有非空类型的父类,而 Any? 是所有可空类型的父类。因此我们可以用 Object 和 Any 来表示。

在 Java 中用通配符 ? extends 表示协变,而在 Kotlin 中关键字 out 表示协变,关于协变和逆变更多的知识点,可以前往查看 90%的人都不知道的知识点,Kotlin 和 Java 的协变和逆变。

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