Java泛型和类型擦除

一前言：初识泛型

废话不说，先来看一段代码：

public class Holder {
    private Object data;
    
    public Holder(Object data ){
        this.data = data;
    }

    public void setData(Object data) {
        this.data = data;
    }

    public Object getData() {
        return data;
    }
    
    public static void main(String[] args){
        Holder holder = new Holder(new SomeNode());
        SomeNode someNode = holder.getData();
        
    }
}

class SomeNode{}

Holder类是一个容器，它的作用是用来保存其他类的，这里我们用它来保存SomeNode类，随后把它取出来，编译运行，结果如下：

Error:(21, 43) java: incompatible types
  required: SomeNode
  found:    java.lang.Object

意思是，需要的是SomeNode，取出来的却是Object，如此看来，如果我想保存SomeNode类，就只能把data声明为SomeNode：

private SomeNode data；

这就意味着我们需要为每一个类创造一个Holder，这肯定是不行的，于是泛型的作用来了，泛型，可以理解为任何类型，意思是我可以声明一个可以容纳任何类型的容器：

public class Holder<T> {
    private T data;

    public Holder(T data ){
        this.data = data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    public T getData() {
        return data;
    }

    public static void main(String[] args){
        Holder<SomeNode> holder = new Holder<SomeNode>(new SomeNode());
        SomeNode someNode = holder.getData();

    }
}

class SomeNode{}

注意写法，在类声明后面加个就行了，你也可以加，只是一个占位符，形参而已。然后我们再把它取出来：


Process finished with exit code 0

程序没有报错，如果这时候我们使用holder的set()方法去插入设置一些非SomeNode类型的值，代码如下：

 public static void main(String[] args){
        Holder<SomeNode> holder = new Holder<SomeNode>(new SomeNode());
        SomeNode someNode = holder.getData();
        holder.setData("AAAA");

    }

看结果：

Error:(22, 15) java: method setData in class Holder<T> cannot be applied to given types;
  required: SomeNode
  found: java.lang.String
  reason: actual argument java.lang.String cannot be converted to SomeNode by method invocation conversion

泛型机制就自动为我们报错，很方便。

二泛型类：元组(Tuple)，返回多个对象

熟悉python的同学都知道元组的概念，它是一个只读列表，在返回多个结果时是很有用的，我们利用泛型特性来创造一个包含两个对象的元组：

public class Tuple {
    public static void main(String[] args){
        TwoTuple<String,Integer> t = new TwoTuple<String, Integer>("Monkey",12);
        System.out.println(t.toString());
    }
}

class TwoTuple<A,B>{
    final A first;
    final B second;

    public TwoTuple(A a,B b){
        first = a;
        second = b;
    }

    public String toString(){
        return "("+first+","+second+")";
    }
}

来看结果：

(Monkey,12)

是不是很方便：）如果想要一个长度为3的元组可以这么写：

public class Tuple {
    public static void main(String[] args){
        ThreeTuple<String,Integer,Boolean> t = new ThreeTuple<String, Integer, Boolean>("Dog",12,true);
        System.out.println(t.toString());
    }
}

class TwoTuple<A,B>{
    final A first;
    final B second;

    public TwoTuple(A a,B b){
        first = a;
        second = b;
    }

    public String toString(){
        return "("+first+","+second+")";
    }
}

class ThreeTuple<A,B,C> extends TwoTuple<A,B>{
    final C three;

    public ThreeTuple(A a,B b,C c){
        super(a,b);
        three = c;
    }

    public String toString(){
        return "("+first+","+second+","+three+")";
    }
}

结果如下：

(Dog,12,true)

三泛型接口

泛型接口的定义和泛型类的定义类似，我们来定义一个生成器接口：

public interface Generator<T> {
    T next();
}

接着我们实现这个接口，来生成斐波拉契数：

public class Fib implements Generator<Integer> {
    private int count = 0;

    @Override
    public Integer next() {
        return fib(count++);
    }

    private int fib(int n){
        if (n<2)
            return 1;
        else
            return fib(n-2) + fib(n-1);
    }

    public static void main(String[] args){
        Fib f = new Fib();
        for (int i=0;i<100;i++){
            System.out.println(f.next());
        }
    }

}

四泛型方法

比起泛型类，我们更推荐去使用泛型方法，泛型方法定义起来也很简单，我们只需将泛型参数放在返回类型前面即可:

public class GenericMethods {
    public <T> void f(T x){
        System.out.println(x.getClass().getName());
    }

    public static void main(String[] args){
        GenericMethods g = new GenericMethods();
        g.f("Hello");
        g.f(100);
        g.f(true);
    }
}

这里我们定义了一个泛型方法f(),并使用getClass获取类的相关信息(关于Class对象的知识点这里)，来看结果：

java.lang.String
java.lang.Integer
java.lang.Boolean

这里还要注意一下Varargs(变长参数)机制和泛型的结合：

public class GenericVarargs {
    public static <T> List<T> makeList(T...args){
        List<T> list = new ArrayList<T>();
        for (T item : args){
            list.add(item);
        }

        return list;
    }

    public static void main(String[] args){
        List<String> list = makeList("A","B","C","D");
        System.out.println(list);
    }
}

结果如下：

[A, B, C, D]

六类型擦除

在认识类型擦除之前，我们首先要明白编译器对泛型的处理有两种方式：
1.Code specialization
在实例化一个泛型类或者泛型方法是都生成一份新的字节码，比如对于List<String>,List<Integer>,List<Float>产生三份不同的字节码。
2.Code sharing
对每个泛型类只生成唯一的一份目标代码；该泛型类的所有实例都映射到这份目标代码上，在需要的时候执行类型检查和类型转换。参考文章
C++的模板是典型的Code specialization实现，而Java泛型则是Code sharing实现，将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过类型擦除（type erasue）实现的。对擦除更通俗的理解就是：编译器生成的bytecode是不包涵泛型信息的。我们看下面的代码：

public class ErasedType {
    public static void main(String[] args){
        Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
        Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();

        System.out.println(c1 == c2);
    }
}

结果如下：

true

也就是说我们在实例化ArrayList<String>和实例化ArrayList<Integer>时是共享一份目标代码的，泛型类类型信息在编译的过程中被擦除了。对于JVM来说，它只看到一份ArrayList(原始类型)而已。我们还可以从反射的角度来理解类型擦除：

public class ErasedType {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("ABC");
        list.getClass().getMethod("add",Object.class).invoke(list,123);
        System.out.println(list);
    }

}

看结果：

[ABC, 123]

我们很顺利的把Integer型的123插入到了String的List里：）

七后记

由于类型擦除的存在，我们往往会在使用泛型特性的时候遇到一些诡异的问题，由于篇幅原因，这里不展开了：）我将在另外一篇文章中集中的总结一下这方面的问题。

我的微信号是aristark，欢迎交流指正！

一 前言：初识泛型

二 泛型类：元组(Tuple)，返回多个对象

三 泛型接口

四 泛型方法

六 类型擦除

七 后记

一前言：初识泛型

二泛型类：元组(Tuple)，返回多个对象

三泛型接口

四泛型方法

六类型擦除

七后记