语言中的泛型

Posted 2020-09-15

java的设计采用了单根结构，除去在GC上的好处之外，在泛型编程上(模板C++)，因为所有的类型都继承自Object，因此利用向上塑型，我们是可以写出如下的代码：

public class GenericTest {

public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
list.add(100);

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String name = (String) list.get(i); // exception
System.out.println("name:" + name);
}
}
}
可以看到，不需要显示的模板声明，我们是可以把string和int都放入List里，但是问题是在向下塑型的过程中，如果把int转成string是不行的，java使用Exception来处理此种情况。

Java SE5之后也引入了参数化类型的概念，也就是泛型：
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
//list.add(100); // 提示编译错误

这就是二者都遵循的泛型，但是java的泛型实现与c++是不同的：
public class GenericTest {

public static void main(String[] args) {

Box<String> name = new Box<String>("corn");
Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);

System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.Box
System.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.Box
System.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // true

}

}
可以看到，在运行时，不同的泛型实际上是用一个类型，同样意义的代码在c++里完全是两回事情：
在于Java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

原始类型（raw type）就是擦除去了泛型信息，最后在字节码中的类型变量的真正类型。无论何时定义一个泛型类型，相应的原始类型都会被自动地提供。类型变量被擦除（crased），并使用其限定类型（无限定的变量用Object）替换。

Java代码  

1. class Pair<T> {    
2.   private T value;    
3.   public T getValue() {    
4.     return value;    
5.   }    
6.   public void setValue(T  value) {    
7.     this.value = value;    
8.   }    
9. }    
 Pair<T>的原始类型为：
Java代码  

1. class Pair {    
2.   private Object value;    
3.   public Object getValue() {    
4.     return value;    
5.   }    
6.   public void setValue(Object  value) {    
7.     this.value = value;    
8.   }    
9. }  

 

编译器如何处理泛型？
     通常情况下，一个编译器处理泛型有两种方式：
     1.Code specialization。在实例化一个泛型类或泛型方法时都产生一份新的目标代码（字节码or二进制代码）。例如，针对一个泛型list，可能需要 针对string，integer，float产生三份目标代码。
     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。
     C++中的模板（template）是典型的Code specialization实现。C++编译器会为每一个泛型类实例生成一份执行代码。执行代码中integer list和string list是两种不同的类型。这样会导致代码膨胀（code bloat），不过有经验的C＋＋程序员可以有技巧的避免代码膨胀。
     Code specialization另外一个弊端是在引用类型系统中，浪费空间，因为引用类型集合中元素本质上都是一个指针。没必要为每个类型都产生一份执行代码。而这也是Java编译器中采用Code sharing方式处理泛型的主要原因。
     Java编译器通过Code sharing方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示，并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。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。