Java的泛型约束和限制

Posted 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:

复制代码
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
复制代码

 

 

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)
    • 复制代码
      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);  
      复制代码
    • 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:
      • 复制代码
        import java.lang.reflect.*;
        ...
        public static <T extends Comparable> T[] minmax(T... a){
            T[] mm = (T[]) Array.newInstance(a.getClass().getComponentType() , 2);
        ...
        }
        复制代码
        • 【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> 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
      • 复制代码
        @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;
            }
        复制代码
        •  【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
  • 复制代码
    public static <T extends Throwable> void doWork(Class<T> t){
        try{
                do work
            }catch (T e){ // ERROR
                Logger.global.info(...)
            }
    }
    复制代码
  • 不过,在异常规范中使用类型变量是允许的:  
  • 复制代码
    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!
            }
    }
    复制代码
    • 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
        复制代码
        @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{  //因为泛型类型擦除,可以传递任意checked异常,例如RuntimeException类异常
            throw (T) e;
        }
        复制代码
        • 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
        • 复制代码
          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 ;
              }
          }
          复制代码
        • 再写个测试类
        • 复制代码
          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();
              }
          }    
          复制代码
          • 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

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受其他泛型参数约束的泛型参数

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