Java 泛型泛型的约束与局限性

朱雀 2021-07-24 22:45 366阅读 0赞

## 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,只有Pair，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，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），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
     //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天

*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\[\]

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，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\[\]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\[10\]\{…\}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; }
    }
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
    //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\[\] 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\[\] 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.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 和 Comparable，这是同一接口的不同参数化

![image][]

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[image]: /images/20210724/797ef5b28b684ea29bc269dda12dc58f.png
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