Java的类型擦除

  • 时间:2019-02-24 21:06 作者:墨雨轩夏 来源:墨雨轩夏 阅读:203
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摘要:一、各种语言中的编译器是如何解决泛型的通常情况下,一个编译器解决泛型有两种方式:1.Code specialization。在实例化一个泛型类或者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

一、各种语言中的编译器是如何解决泛型的

通常情况下,一个编译器解决泛型有两种方式:

1.Code specialization。在实例化一个泛型类或者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) 。 C# 里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中(Intermediate Language,中间语言,这时候泛型是一个占位符)或者是运行期的CLR中都是切实存在的,List<int>与List<String>就是两个不同的类型,它们在系统运行期生成,有自己的虚方法表和类型数据,这种实现称为类型膨胀,基于这种方法实现的泛型被称为真实泛型。 Java语言中的泛型则不一样,它只在程序源码中存在,在编译后的字节码文件中,就已经被替换为原来的原生类型(Raw Type,也称为裸类型)了,并且在相应的地方插入了强制转型代码,因而对于运行期的Java语言来说,ArrayList<int>与ArrayList<String>就是同一个类。所以说泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖,Java语言中的泛型实现方法称为 类型擦除 ,基于这种方法实现的泛型被称为伪泛型。

C++和C#是使用Code specialization的解决机制,前面提到,他有一个缺点,那就是 会导致代码膨胀 。另外一个弊端是在引用类型系统中,白费空间,由于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方式解决泛型的主要起因。

Java编译器通过Code sharing方式为每个泛型类型创立唯一的字节码表示,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。

二、什么是类型擦除

前面我们屡次提到这个词: 类型擦除 (type erasue)**,那么究竟什么是类型擦除呢?

类型擦除指的是通过类型参数合并,将泛型类型实例关联到同一份字节码上。编译器只为泛型类型生成一份字节码,并将其实例关联到这份字节码上。类型擦除的关键在于从泛型类型中清理类型参数的相关信息,并且再必要的时候增加类型检查和类型转换的方法。 类型擦除可以简单的了解为将泛型java代码转换为普通java代码,只不过编译器更直接点,将泛型java代码直接转换成普通java字节码。 类型擦除的主要过程如下: 1.将所有的泛型参数用其最左边界(最顶级的父类型)类型替换。(这部分内容可以看:Java泛型中extends和super的了解) 2.移除所有的类型参数。

三、Java编译器解决泛型的过程

code 1:

public static void main(String[] args) {

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

map.put("name", "hollis");

map.put("age", "22");

System.out.println(map.get("name"));

System.out.println(map.get("age"));

}

反编译后的code 1:

public static void main(String[] args) {

Map map = new HashMap();

map.put("name", "hollis");

map.put("age", "22");

System.out.println((String) map.get("name"));

System.out.println((String) map.get("age"));

}

我们发现泛型都不见了,程序又变回了Java泛型出现之前的写法,泛型类型都变回了原生类型,

code 2:

interface Comparable<A> {

public int compareTo(A that);

}

public final class NumericValue implements Comparable<NumericValue> {

private byte value;

public NumericValue(byte value) {

this.value = value;

}

public byte getValue() {

return value;

}

public int compareTo(NumericValue that) {

return this.value - that.value;

}

}

反编译后的code 2:

interface Comparable {

public int compareTo( Object that);

}

public final class NumericValue

implements Comparable

{

public NumericValue(byte value)

{

this.value = value;

}

public byte getValue()

{

return value;

}

public int compareTo(NumericValue that)

{

return value - that.value;

}

public volatile int compareTo(Object obj)

{

return compareTo((NumericValue)obj);

}

private byte value;

}

code 3:

public class Collections {

public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {

Iterator<A> xi = xs.iterator();

A w = xi.next();

while (xi.hasNext()) {

A x = xi.next();

if (w.compareTo(x) < 0)

w = x;

}

return w;

}

}

反编译后的code 3:

public class Collections

{

public Collections()

{

}

public static Comparable max(Collection xs)

{

Iterator xi = xs.iterator();

Comparable w = (Comparable)xi.next();

while(xi.hasNext())

{

Comparable x = (Comparable)xi.next();

if(w.compareTo(x) < 0)

w = x;

}

return w;

}

}

第2个泛型类Comparable <A>擦除后 A被替换为最左边界Object。Comparable<NumericValue>的类型参数NumericValue被擦除掉,但是这直 接导致NumericValue没有实现接口Comparable的compareTo(Object that)方法,于是编译器充任好人,增加了一个 桥接方法 。 第3个示例中限定了类型参数的边界<A extends Comparable<A>>A,A必需为Comparable<A>的子类,按照类型擦除的过程,先讲所有的类型参数 ti换为最左边界Comparable<A>,而后去掉参数类型A,得到最终的擦除后结果。

四、泛型带来的问题

一、当泛型遇到重载:

public class GenericTypes {

public static void method(List<String> list) {

System.out.println("invoke method(List<String> list)");

}

public static void method(List<Integer> list) {

System.out.println("invoke method(List<Integer> list)");

}

}

上面这段代码,有两个重载的函数,由于他们的参数类型不同,一个是List<String>另一个是List<Integer> ,但是,这段代码是编译通不过的。由于我们前面讲过,参数List<Integer>和List<String>编译之后都被擦除了,变成了一样的原生类型List ,擦除动作导致这两个方法的特征签名变得一模一样。

二、当泛型遇到catch:

假如我们自己设置了一个泛型异常类GenericException ,那么,不要尝试用多个catch取匹配不同的异常类型,例如你想要分别捕获GenericException 、GenericException ,这也是有问题的。

三、当泛型内包含静态变量

public class StaticTest{

public static void main(String[] args){

GT<Integer> gti = new GT<Integer>();

gti.var=1;

GT<String> gts = new GT<String>();

gts.var=2;

System.out.println(gti.var);

}

}

class GT<T>{

public static int var=0;

public void nothing(T x){}

}

答案是------2!因为经过类型擦除,所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上,泛型类的所有静态变量是共享的。

五、总结

虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法,所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除,泛型类并没有自己独有的Class类对象。比方并不存在List<String>.class或者是List<Integer>.class,而只有List.class。

创立泛型对象时请指明类型,让编译器尽早的做参数检查( Effective Java,第23条:请不要在新代码中使用原生态类型 )

不要忽略编译器的警告信息,那意味着潜在的ClassCastException等着你。

静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于公告为MyClass<T>的类,访问其中的静态变量的方法依然是 MyClass.myStaticVar。不论是通过new MyClass<String>还是new MyClass<Integer>创立的对象,都是共享一个静态变量。

泛型的类型参数不能用在Java异常解决的catch语句中。由于异常解决是由JVM在运行时刻来进行的。因为类型信息被擦除,JVM是无法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的。对于JVM来说,它们都是 MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。

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