Java 泛型 四 基本用法与类型擦除

java 在 1.5 引入了泛型机制，泛型本质是参数化类型，也就是说变量的类型是一个参数，在使用时再指定为具体类型。泛型可以用于类、接口、方法，通过使用泛型可以使代码更简单、安全。然而 java 中的泛型使用了类型擦除，所以只是伪泛型。这篇文章对泛型的使用以及存在的问题做个总结，主要参考自 《java 编程思想》。

这个系列的另外两篇文章：

如果有一个类 <code>holder</code> 用于包装一个变量，这个变量的类型可能是任意的，怎么编写 <code>holder</code> 呢？在没有泛型之前可以这样：

}

在 <code>holder1</code> 中，有一个用 <code>object</code> 引用的变量。因为任何类型都可以向上转型为 <code>object</code>，所以这个 <code>holder</code> 可以接受任何类型。在取出的时候 <code>holder</code> 只知道它保存的是一个 <code>object</code> 对象，所以要强制转换为对应的类型。在 <code>main</code> 方法中， <code>holder1</code> 先是保存了一个字符串，也就是 <code>string</code> 对象，接着又变为保存一个 <code>integer</code> 对象(参数 <code>1</code> 会自动装箱)。从 <code>holder</code> 中取出变量时强制转换已经比较麻烦，这里还要记住不同的类型，要是转错了就会出现运行时异常。

下面看看 <code>holder</code> 的泛型版本：

在 <code>holder2</code> 中， 变量 <code>a</code> 是一个参数化类型 <code>t</code>，<code>t</code> 只是一个标识，用其它字母也是可以的。创建 <code>holder2</code> 对象的时候，在尖括号中传入了参数 <code>t</code> 的类型，那么在这个对象中，所有出现 <code>t</code> 的地方相当于都用 <code>string</code> 替换了。现在的 <code>get</code> 的取出来的不是 <code>object</code> ，而是 <code>string</code> 对象，因此不需要类型转换。另外，当调用 <code>set</code> 时，只能传入 <code>string</code> 类型，否则编译无法通过。这就保证了 <code>holder2</code> 中的类型安全，避免由于不小心传入错误的类型。

通过上面的例子可以看出泛使得代码更简便、安全。引入泛型之后，java 库的一些类，比如常用的容器类也被改写为支持泛型，我们使用的时候都会传入参数类型，如：<code>arraylist&lt;integer&gt; list = arraylist&lt;&gt;();</code>。

泛型不仅可以针对类，还可以单独使某个方法是泛型的，举个例子：

<code>genericmethod</code> 类本身不是泛型的，创建它的对象的时候不需要传入泛型参数，但是它的方法 <code>f</code> 是泛型方法。在返回类型之前是它的参数标识 <code>&lt;k,v&gt;</code>，注意这里有两个泛型参数，所以泛型参数可以有多个。

调用泛型方法时可以不显式传入泛型参数，上面的调用就没有。这是因为编译器会使用参数类型推断，根据传入的实参的类型 (这里是 <code>integer</code> 和 <code>string</code>) 推断出 <code>k</code> 和 <code>v</code> 的类型。

java 的泛型使用了类型擦除机制，这个引来了很大的争议，以至于 java 的泛型功能受到限制，只能说是”伪泛型“。什么叫类型擦除呢？简单的说就是，类型参数只存在于编译期，在运行时，java 的虚拟机 ( jvm ) 并不知道泛型的存在。先看个例子：

上面的代码有两个不同的 <code>arraylist</code>：<code>arraylist&lt;integer&gt;</code> 和 <code>arraylist&lt;string&gt;</code>。在我们看来它们的参数化类型不同，一个保存整性，一个保存字符串。但是通过比较它们的 <code>class</code> 对象，上面的代码输出是 <code>true</code>。这说明在 jvm 看来它们是同一个类。而在 c++、c# 这些支持真泛型的语言中，它们就是不同的类。

泛型参数会擦除到它的第一个边界，比如说上面的 <code>holder2</code> 类，参数类型是一个单独的 <code>t</code>，那么就擦除到 <code>object</code>,相当于所有出现 <code>t</code> 的地方都用 <code>object</code> 替换。所以在 jvm 看来，保存的变量 <code>a</code> 还是 <code>object</code> 类型。之所以取出来自动就是我们传入的参数类型，这是因为编译器在编译生成的字节码文件中插入了类型转换的代码，不需要我们手动转型了。如果参数类型有边界那么就擦除到它的第一个边界，这个下一节再说。

擦除会出现一些问题，下面是一个例子：

上面的 <code>manipulator</code> 是一个泛型类，内部用一个泛型化的变量 <code>obj</code>，在 <code>manipulate</code> 方法中，调用了 <code>obj</code> 的方法 <code>f()</code>，但是这行代码无法编译。因为类型擦除，编译器不确定 <code>obj</code> 是否有 <code>f()</code> 方法。解决这个问题的方法是给 <code>t</code> 一个边界:

现在 <code>t</code> 的类型是 <code>&lt;t extends hasf&gt;</code>，这表示 <code>t</code> 必须是 <code>hasf</code> 或者 <code>hasf</code> 的导出类型。这样，调用 <code>f()</code> 方法才安全。<code>hasf</code> 就是 <code>t</code> 的边界，因此通过类型擦除后，所有出现 <code>t</code> 的

地方都用 <code>hasf</code> 替换。这样编译器就知道 <code>obj</code> 是有方法 <code>f()</code> 的。

但是这样就抵消了泛型带来的好处，上面的类完全可以改成这样：

所以泛型只有在比较复杂的类中才体现出作用。但是像 <code>&lt;t extends hasf&gt;</code> 这种形式的东西不是完全没有意义的。如果类中有一个返回 <code>t</code> 类型的方法，泛型就有用了，因为这样会返回准确类型。比如下面的例子：

这里的 <code>get()</code> 方法返回的是泛型参数的准确类型，而不是 <code>hasf</code>。

类型擦除导致泛型丧失了一些功能，任何在运行期需要知道确切类型的代码都无法工作。比如下面的例子：

通过 <code>new t()</code> 创建对象是不行的，一是由于类型擦除，二是由于编译器不知道 <code>t</code> 是否有默认的构造器。一种解决的办法是传递一个工厂对象并且通过它创建新的实例。

另一种解决的方法是利用模板设计模式：

具体类型的创建放到了子类继承父类时，在 <code>create</code> 方法中创建实际的类型并返回。

本文介绍了 java 泛型的使用，以及类型擦除相关的问题。一般情况下泛型的使用比较简单，但是某些情况下，尤其是自己编写使用泛型的类或者方法时要注意类型擦除的问题。接下来会介绍数组与泛型的关系以及通配符的使用。