java 泛型之我见 深入研究

Java的泛型在代码中引用时，形式上很类似于普通的类，可以用来声明对象、方法的参数与返回值类型，甚至还可以作强制类型转换。因此，容易误认为泛型是一个“类名的变量”，当泛型类被参数化引用的时候，这个“变量”就被“赋值”为实际类。事实上这种认识是一个误区。

 

理论上说，Java中的类是由对应的.class文件的字节码来定义的，类在其编译时就会产生.class文件，与其如何被引用没有任何关系，当然更不可能与引用时的参数相关。编写泛型类时，也无从获取实际引用时的参数类，如Class clz=T.class这样的语句是无法通过编译的（考虑到引用时参数类可以是通配符，这点也就不奇怪了）。

 

既然泛型不是类，也不能获取引用时的参数类，那么以泛型声明的对象，是以什么类型编译的呢？答案是声明泛型时的上界类。为了证实这一点，来看一个最简单的自定义泛型类，只包含一个泛型声明的属性t及其get和set方法：

 

用jdk提供的javap工具可以查看.class文件的汇编代码，结果如下：

 

可以看到，类体中用到的泛型T，编译后都替换成了其上界类Number，而泛型特征在编译后被完全抹去了。如果反编译GenericClassTest.class文件，可以看的更清楚：

 

 

鉴于这种特性，在编写泛型类代码的时候要尤其谨慎使用泛型进行强制类型转换，如T t=(T)(对象);这样的语句在编译时会被认作是强制类型转换到泛型T的上界。由于编译器无从得知T的准确类型，这种转换无法用instanceof关键字预先进行匹配性的判断（instanceof T无法通过编译）。因此，如果使用不当，就会带来强制类型转换异常的隐患，尤其是转换后的结果被引用的时候。如下是一个刻意造成这种错误的例子：

 

以上的泛型类在get方法中给泛型属性t强制赋值一个字符串。由于T的编译上界类是Object，这个语句可以通过编译（但是会触发“未经检验的类型转换”警告）。引用时，声明了一个以Integer为参数的对象gct，在gct的作用域（main函数）中，其属性t被编译器认为是Integer类型，因此将其赋值给整数对象i，编译也不会有问题。但是运行时就会出现类型转换异常

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer

    at test.GenericClassTest.main(GenericClassTest.java:13)

 

既然泛型类编译后只与泛型上界有关，为何在使用泛型类的对象时，又表现出强类型的特征呢（例如无法向一个ArrayList<String>声明的对象中add一个整数）？事实上这是Java编译器在引用泛型类的时候做了一次转义。为此写一个测试方法：

 

方法中声明了一个泛型GenericClassTest的对象，引用参数为Integer，并且执行了一次set和get方法。反编译.class文件，相应方法代码如下：

 

可以看到，代码中同样没有泛型特征，说明编译器在正式编译前，做了一步“预处理”，将涉及泛型引用的对象强制转换为泛型参数所指定的类型，也就是Integer类（注：如果声明泛型对象是参数带有通配符，则原先的get和set方法只有一个可以被引用：指定上界时只能使用get方法，指定下界时只能使用set方法，否则编译不通过。原因涉及通配符捕获概念，参见http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp04298.html）

 

接下编译器才进行“真正的编译”，生成.class文件。

 

这种预处理有什么用呢？好处就是编译器写好了一套规范来实现强制类型转换，使得从使用外层看带参的泛型可以当作强类型来用。如果有不正确的类型操作，在编译阶段就会及时报错。