ArrayList.toArray() 中的 Java 泛型

Posted 2023-02-26

【中文标题】ArrayList.toArray() 中的 Java 泛型

【英文标题】：Java generics in ArrayList.toArray()

【发布时间】：2016-08-04 13:55:41

【问题描述】：

假设你有一个如下定义的数组列表：

ArrayList<String> someData = new ArrayList<>();

稍后在您的代码中，由于泛型，您可以这样说：

String someLine = someData.get(0);

并且编译器完全知道它将得到一个字符串。耶泛型！但是，这将失败：

String[] arrayOfData = someData.toArray();

toArray() 将始终返回一个对象数组，而不是定义的泛型。为什么get(x)方法知道返回的是什么，而toArray()默认是Objects？

【问题讨论】：

你在说什么？哪个类有toArray() 方法？

ArrayList 有一个toArray() 方法，但是即使定义了泛型，toArray() 方法也会返回Object[]，而不是E[]，这是使用泛型隐含的。

您可以使用toArray(T[] a) 方法来获取适当的数组，而不是覆盖toArray()。

是的，我知道我可以到toArray(T[] a)，但为什么它不直接内置在toArray() 中。我不明白为什么get(x) 知道它发出了什么，而toArray() 却不知道。

@JimmyB：另一种选择是动态类型的某种工厂，例如Java 8’s Stream.toArray 使用 IntFunction<ArrayType> 作为工厂类型，作为参数传递。这种模式以前没有使用过的原因，例如对于Collection 接口，只有Java 8 允许像ElementType[]::new 一样简洁地实现它，例如String[] array = stream.toArray(String[]::new)…

【参考方案1】：

一般信息在运行时为erased。 JVM 不知道你的列表是List<String> 还是List<Integer>（在运行时List<T> 中的T 被解析为Object），所以唯一可能的数组类型是Object[]。

您可以使用toArray(T[] array) - 在这种情况下，JVM 可以使用给定数组的类，您可以在ArrayList 实现中看到它：

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());

【讨论】：

您的答案是正确的，但对于非 Java 专家来说并不容易理解。重要的事实是返回的数组必须在运行时创建（-> 缺少什么类型的信息），其中 get(..) 只返回一个现有对象。

【参考方案2】：

如果您查看Javadoc for the List interface，您会注意到toArray 的第二种形式：<T> T[] toArray(T[] a)。

事实上，Javadoc 甚至给出了一个例子来说明如何做你想做的事：

String[] y = x.toArray(new String[0]);

【参考方案3】：

数组的类型与数组的类型不同。它是一种 StringArray 类，而不是 String 类。

假设有可能，通用方法 toArray() 看起来像

private <T> T[] toArray() 
    T[] result = new T[length];
    //populate
    return result;

现在在编译期间，类型 T 被删除。 new T[length]这部分应该怎么换？泛型类型信息不可用。

如果您查看（例如）ArrayList 的源代码，您会看到相同的结果。 toArray(T[] a) 方法要么填充给定数组（如果大小匹配），要么使用参数的 type 创建一个新数组，该参数是 Generic Type T 的数组类型。 p>

【讨论】：

get(x) 方法如何解决这个问题？它知道它在回馈什么

它没有，在运行时 get(x) 返回 Object。编译器隐式插入强制转换只是对您隐藏了这一点。

【参考方案4】：

如果你看ArrayList<E>类的toArray(T[] a)的实现，是这样的：

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());
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;

此方法的问题是您需要传递相同泛型类型的数组。现在考虑如果此方法不带任何参数，那么实现将类似于：

public <T> T[] toArray() 
    T[] t = new T[size]; // compilation error
    return Arrays.copyOf(elementData, size, t.getClass());

但这里的问题是 您不能在 Java 中创建泛型数组，因为编译器并不确切知道 T 代表什么。换句话说，创建不可具体化类型的数组 (JLS §4.7)在 Java 中是不允许的。

Array Store Exception (JLS §10.5) 的另一个重要引述：

如果数组的组件类型不可具体化（第 4.7 节），Java 虚拟机将无法执行 前段。这就是为什么数组创建表达式带有 禁止不可具体化的元素类型 (§15.10.1)。

这就是Java提供重载版本toArray(T[] a)的原因。

我将重写 toArray() 方法告诉它它将返回一个 E 数组。

因此，您应该使用toArray(T[] a)，而不是覆盖toArray()。

来自 Java Doc 的Cannot Create Instances of Type Parameters 可能对您来说也很有趣。

【讨论】：

谢谢。这黑白分明地解释了它失败的原因。

简而言之，Java 不允许方法在（仅）其返回值中是多态（即泛型）。 确实支持此功能的语言示例是 Haskell。

我想你抓住了问题的症结，那就是 Java 不能创建泛型类型的数组。

@jpaugh Java 确实允许这样做，它甚至可以根据 LHS 推断分配的 RHS 类型。您还可以在调用泛型方法时显式声明类型参数。例如，请参阅ideone.com/AObtRR。

@JohannesD 我是正确的。 （谢谢！）toArray 之类的示例和您指向getnull 的链接表明 Java 来如此接近，只是错过了标记。再说一次，Haskell 甚至没有尝试子类型化，所以很难比较他们的泛型支持一对一。

【参考方案5】：

我可以并且有时会使用迭代器而不是创建数组，但这对我来说总是很奇怪。为什么 get(x) 方法知道它返回的是什么，而 toArray() 默认是 Objects？设计到一半，他们决定这里不需要？？

由于这个问题的意图似乎不仅仅是为了解决使用泛型的toArray()，而是为了理解ArrayList 类中方法的设计，我想补充一下：

ArrayList 是一个泛型类，因为它被声明为

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

这使得在类中使用诸如public E get(int index) 之类的通用方法成为可能。

但是，如果像toArray() 这样的方法没有返回E，而是E[]，那么事情就会变得有些棘手。无法提供诸如public <E> E[] toArray() 之类的签名，因为无法创建通用数组。

数组的创建发生在运行时，由于Type erasure，Java 运行时没有E 表示的类型的特定信息。到目前为止，唯一的解决方法是将所需的类型作为参数传递给方法，因此签名public <T> T[] toArray(T[] a) 强制客户端传递所需的类型。

但另一方面，它适用于public E get(int index)，因为如果您查看该方法的实现，您会发现即使该方法使用相同的 Object 数组来返回指定索引处的元素，它被转换为E

E elementData(int index) 
    return (E) elementData[index];

Java 编译器在编译时将E 替换为Object

【参考方案6】：

需要注意的是，Java 中的数组在运行时知道它们的组件类型。 String[] 和 Integer[] 在运行时是不同的类，您可以在运行时向数组询问它们的组件类型。因此，在运行时需要一个组件类型（通过在编译时使用new String[...] 硬编码一个可具体化的组件类型，或者使用Array.newInstance() 并传递一个类对象）来创建一个数组。

另一方面，泛型中的类型参数在运行时不存在。 ArrayList<String> 和 ArrayList<Integer> 在运行时绝对没有区别。这只是ArrayList。

这就是为什么你不能只获取List<String> 并获得String[] 而不以某种方式单独传递组件类型的根本原因——你必须从没有的东西中获取组件类型信息组件类型信息。显然，这是不可能的。

【参考方案7】：

首先你要明白ArrayList自己只是Object的数组

   transient Object[] elementData;

说到T[]失败的原因，是因为没有Class<T>就无法获得泛型类型的数组，这是因为java的类型擦除（there is a more explanation和how to create one）。并且堆上的array[] 动态地知道它的类型，你不能将int[] 转换为String[]。同样的原因，您不能将Object[] 转换为T[]。

   int[] ints = new int[3];
   String[] strings = (String[]) ints;//java: incompatible types: int[] cannot be converted to java.lang.String[]

   public <T> T[] a() 
      Object[] objects = new Object[3];
      return (T[])objects;
   
   //ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
   Integer[] a = new LearnArray().<Integer>a();

但是您放入array的只是一个类型为E的对象（由编译器检查），因此您可以将其转换为安全且正确的E。

  return (E) elementData[index];

简而言之，你无法通过演员获得没有的东西。你只有Object[]，所以toArray() 可以返回Object[]（否则，你必须给它一个Class<T> 来创建一个具有这种类型的新数组）。你把E放在ArrayList<E>中，你可以得到一个E和get()。

【参考方案8】：

可以创建给定（已知）类型的“通用”数组。通常我在我的代码中使用这样的东西。

public static <T> T[] toArray(Class<T> type, ArrayList<T> arrList) 
    if ((arrList == null) || (arrList.size() == 0)) return null;
    Object arr = Array.newInstance(type, arrList.size());
    for (int i=0; i < arrList.size(); i++) Array.set(arr, i, arrList.get(i));
    return (T[])arr;