Java的泛型约束和限制

Posted 2020-10-04 甜菜波波

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java的泛型约束和限制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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<double>,只有Pair<Double>，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<T extends Comparable>，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<Comparable>），即Pair类含有Comparable类型的域

JVM中没有泛型

eg:

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

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>[] 、 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<String>，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<String>[]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<String>[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; }
}

//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<String>的实例，因此makePair方法能够推断出pair的类型
不能使用new T[..]
- 即不能(直接)创建泛型数组，参考我另一篇博文(http://www.cnblogs.com/ixenos/p/5648519.html)，这里不再赘述
- 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);
  ...
  }
```

- 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> 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> 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
        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{
            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.<RuntimeException>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);
                            }
                        }
                    };
    }

    @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());
            }
        }.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<Calender> 和 Comparable<GGCalender>，这是同一接口的不同参数化

以上是关于Java的泛型约束和限制的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

仅适用于数值类型的泛型类型约束

Java中的泛型多测师_王sir

泛型编程类型约束与软件扩展性--面向可扩展的泛型编程就是面相类型约束编程

泛型编程的术语

受其他泛型参数约束的泛型参数

Java中的泛型