睫晉姬

          JDK 5.0中的泛型類型學習

            JDK 5.0 中增加的泛型類型,是 Java 語言中類型安全的一次重要改進。但是,對于初次使用泛型類型的用戶來說,泛型的某些方面看起來可能不容易明白,甚至非常奇怪。在本月的“Java 理論和實踐”中,Brian Goetz 分析了束縛第一次使用泛型的用戶的常見陷阱。您可以通過討論論壇與作者和其他讀者分享您對本文的看法。(也可以單擊本文頂端或底端的討論來訪問這個論壇。)

            表面上看起來,無論語法還是應用的環境(比如容器類),泛型類型(或者泛型)都類似于 C++ 中的模板。但是這種相似性僅限于表面,Java 語言中的泛型基本上完全在編譯器中實現,由編譯器執行類型檢查和類型推斷,然后生成普通的非泛型的字節碼。這種實現技術稱為擦除(erasure)(編譯器使用泛型類型信息保證類型安全,然后在生成字節碼之前將其清除),這項技術有一些奇怪,并且有時會帶來一些令人迷惑的后果。雖然范型是 Java 類走向類型安全的一大步,但是在學習使用泛型的過程中幾乎肯定會遇到頭痛(有時候讓人無法忍受)的問題。

            注意:本文假設您對 JDK 5.0 中的范型有基本的了解。

            泛型不是協變的

            雖然將集合看作是數組的抽象會有所幫助,但是數組還有一些集合不具備的特殊性質。Java 語言中的數組是協變的(covariant),也就是說,如果 Integer 擴展了 Number(事實也是如此),那么不僅 Integer 是 Number,而且 Integer[] 也是 Number[],在要求 Number[] 的地方完全可以傳遞或者賦予 Integer[]。(更正式地說,如果 Number 是 Integer 的超類型,那么 Number[] 也是 Integer[] 的超類型)。您也許認為這一原理同樣適用于泛型類型 —— List<Number> 是 List<Integer> 的超類型,那么可以在需要 List<Number> 的地方傳遞 List<Integer>。不幸的是,情況并非如此。

            不允許這樣做有一個很充分的理由:這樣做將破壞要提供的類型安全泛型。如果能夠將 List<Integer> 賦給 List<Number>。那么下面的代碼就允許將非 Integer 的內容放入 List<Integer>:

            List<Integer> li = new ArrayList<Integer nike jordan 2010>();

            List<Number> ln = li; // illegal

            ln.add(new Float(3.1415));

            因為 ln 是 List<Number>,所以向其添加 Float 似乎是完全合法的。但是如果 ln 是 li 的別名,那么這就破壞了蘊含在 li 定義中的類型安全承諾 —— 它是一個整數列表,這就是泛型類型不能協變的原因。

            其他的協變問題

            數組能夠協變而泛型不能協變的另一個后果是,不能實例化泛型類型的數組(new List<String>[3] 是不合法的),除非類型參數是一個未綁定的通配符(new List<?>[3] 是合法的)。讓我們看看如果允許聲明泛型類型數組會造成什么后果:

            List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // illegal

            Object[] oa = lsa;  // OK because List<String> is a subtype of Object

            List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();

            li.add(new Integer(3));

            oa[0] = li;

            String s = lsa[0].get(0);

            最后一行將拋出 ClassCastException,因為這樣將把 List<Integer> 填入本應是 List<String> 的位置。因為數組協變會破壞泛型的類型安全,所以不允許實例化泛型類型的數組(除非類型參數是未綁定的通配符,比如 List<?>)。

            構造延遲

            因為可以擦除功能,所以 List<Integer> 和 List<String> 是同一個類,編譯器在編譯 List<V> 時只生成一個類(和 C++ 不同)。因此,在編譯 List<V> 類時,編譯器不知道 V 所表示的類型,所以它就不能像知道類所表示的具體類型那樣處理 List<V> 類定義中的類型參數(List<V> 中的 V)。

            因為運行時不能區分 List<String> 和 List<Integer>(運行時都是 List),用泛型類型參數標識類型的變量的構造就成了問題。運行時缺乏類型信息,這給泛型容器類和希望創建保護性副本的泛型類提出了難題。

            比如泛型類 Foo:

            class Foo<T> {

            public void doSomething(T param) { ... }

            }

            在這里可以看到一種模式 —— 與泛型有關的很多問題或者折衷并非來自泛型本身,而是保持和已有代碼兼容的要求帶來的副作用。

            泛化已有的類

            在轉化現有的庫類來使用泛型方面沒有多少技巧,但與平常的情況相同,向后兼容性不會憑空而來。我已經討論了兩個例子,其中向后兼容性限制了類庫的泛化。

            另一種不同的泛化方法可能不存在向后兼容問題,這就是 Collections.toArray nike shox r4(Object[])。傳入 toArray() 的數組有兩個目的 —— 如果集合足夠小,那么可以將其內容直接放在提供的數組中。否則,利用反射(reflection)創建相同類型的新數組來接受結果。如果從頭開始重寫 Collections 框架,那么很可能傳遞給 Collections.toArray() 的參數不是一個數組,而是一個類文字:

            interface Collection<E> {

            public T[] toArray(Class<T super E> elementClass);

            }

            因為 Collections 框架作為良好類設計的例子被廣泛效仿,但是它的設計受到向后兼容性約束,所以這些地方值得您注意,不要盲目效仿。

            首先,常常被混淆的泛型 Collections API 的一個重要方面是 containsAll()、removeAll() 和 retainAll() 的簽名。您可能認為 remove() 和 removeAll() 的簽名應該是:

            interface Collection<E> {

            public boolean remove(E e);  // not really

            public void removeAll(Collection<? extends E> c);  // not really

            }

            但實際上卻是:

            interface Collection<E> {

            public boolean remove(Object o);

            public void removeAll(Collection<?> c);

            }

            為什么呢?答案同樣是因為向后兼容性。x.remove(o) 的接口表明“如果 o 包含在 x 中,則刪除它,否則什么也不做。”如果 x 是一個泛型集合,那么 o 不一定與 x 的類型參數兼容。如果 removeAll() 被泛化為只有類型兼容時才能調用(Collection<? extends E>),那么在泛化之前,合法的代碼序列就會變得不合法,比如:

            // a collection of Integers

            Collection c = new HashSet();

            // a collection of Objects

            Collection r = new HashSet();

            c.removeAll(r);

            如果上述片段用直觀的方法泛化(將 c 設為 Collection<Integer>,r 設為 Collection<Object>),如果 removeAll() 的簽名要求其參數為 Collection<? extends E> 而不是 no-op,那么就無法編譯上面的代碼。泛型類庫的一個主要目標就是不打破或者改變已有代碼的語義,因此,必須用比從頭重新設計泛型所使用類型約束更弱的類型約束來定義 remove()、removeAll()、retainAll() 和 containsAll()。

            在泛型之前設計的類可能阻礙了“顯然的”泛型化方法。這種情況下就要像上例這樣進行折衷,但是如果從頭設計新的泛型類,理解 Java 類庫中的哪些東西是向后兼容的結果很有意義,這樣可以避免不適當的模仿。

            擦除的實現

            因為泛型基本上都是在 Java 編譯器中而不是運行庫中實現的,所以在生成字節碼的時候,差不多所有關于泛型類型的類型信息都被“擦掉”了。換句話說,編譯器生成的代碼與您手工編寫的不用泛型、檢查程序的類型安全后進行強制類型轉換所得到的代碼基本相同。與 C++ 不同,List<Integer> 和 List<String> 是同一個類(雖然是不同的類型但都是 List<?> 的子類型,與以前的版本相比,在 JDK 5.0 中這是一個更重要的區別)。

            擦除意味著一個類不能同時實現 Comparable<String> 和 Comparable<Number>,因為事實上兩者都在同一個接口中,指定同一個 compareTo() 方法。聲明 DecimalString 類以便與 String 與 Number 比較似乎是明智的,但對于 Java 編譯器來說,這相當于對同一個方法進行了兩次聲明:

            public class DecimalString implements Comparable fashion cap<Number>, Comparable<String> { ... } // nope

            擦除的另一個后果是,對泛型類型參數是用強制類型轉換或者 instanceof 毫無意義。下面的代碼完全不會改善代碼的類型安全性:

            public <T> T naiveCast(T t, Object o) { return (T) o; }

            編譯器僅僅發出一個類型未檢查轉換警告,因為它不知道這種轉換是否安全。naiveCast() 方法實際上根本不作任何轉換,T 直接被替換為 Object,與期望的相反,傳入的對象被強制轉換為 Object。

            擦除也是造成上述構造問題的原因,即不能創建泛型類型的對象,因為編譯器不知道要調用什么構造函數。如果泛型類需要構造用泛型類型參數來指定類型的對象,那么構造函數應該接受類文字(Foo.class)并將它們保存起來,以便通過反射創建實例。

            結束語

            泛型是 Java 語言走向類型安全的一大步,但是泛型設施的設計和類庫的泛化并非未經過妥協。擴展虛擬機指令集來支持泛型被認為是無法接受的,因為這會為 Java 廠商升級其 JVM 造成難以逾越的障礙。因此采用了可以完全在編譯器中實現的擦除方法。類似地,在泛型 Java 類庫時,保持向后兼容也為類庫的泛化方式設置了很多限制,產生了一些混亂的、令人沮喪的結構(如 Array.newInstance())。這并非泛型本身的問題,而是與語言的演化與兼容有關。但這些也使得泛型學習和應用起來更讓人迷惑,更加困難。

          posted on 2010-07-29 15:23 睫晉姬 閱讀(216) 評論(0)  編輯  收藏


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