Java 泛型总结(二):泛型与数组

网友投稿 207 2023-06-01


Java 泛型总结(二):泛型与数组

简介

上一篇文章介绍了泛型的基本用法以及类型擦除的问题,现在来看看泛型和数组的关系。数组相比于java 类库中的容器类是比较特殊的,主要体现在三个方面:

数组创建后大小便固定,但效率更高

数组能追踪它内部保存的元素的具体类型,插入的元素类型会在编译期得到检查

数组可以持有原始类型 ( int,float等 ),不过有了自动装箱,容器类看上去也能持有原始类型了

那么当数组遇到泛型会怎样? 能否创建泛型数组呢?这是这篇文章的主要内容。

这个系列的另外两篇文章:

Java 泛型总结(一):基本用法与类型擦除

Java 泛型总结(三):通配符的使用

泛型数组

如何创建泛型数组

如果有一个类如下:

class Generic {

}

如果要创建一个泛型数组,应该是这样: Generic ga = new Generic[]  不过行代码会报错,也就是说不能直接创建泛型数组。

那么如果要使用泛型数组怎么办?一种方案是使用 ArrayList,比如下面的例子:

public class ListOfGenerics {

private List array = new ArrayList();

public void add(T item) { array.add(item); }

public T get(int index) { return array.get(index); }

}

如何创建真正的泛型数组呢?我们不能直接创建,但可以定义泛型数组的引用。比如:

public class ArrayOfGenericReference {

static Generic[] gia;

}

gia 是一个指向泛型数组的引用,这段代码可以通过编译。但是,我们并不能创建这个确切类型的数组,也就是不能使用 new Generic[]  具体参见下面的例子:

public class ArrayOfGeneric {

static final int SIZE = 100;

static Generic[] gia;

@SuppressWarnings("unchecked")

public static void main(String[] args) {

// Compiles; produces ClassCastException:

//! gia = (Generic[])new Object[SIZE];

// Runtime type is the raw (erased) type:

gia = (Generic[])new Generic[SIZE];

System.out.println(gia.getClass().getSimpleName());

gia[0] = new Generic();

//! gia[1] = new Object(); // Compile-time error

// Discovers type mismatch at compile time:

//! gia[2] = new Generic();

Generic g = gia[0];

}

} /*输出:

Generic[]

*///:~

数组能追踪元素的实际类型,这个类型是在数组创建的时候建立的。上面被注释掉的一行代码: gia = (Generic[])new Object[SIZE],数组在创建的时候是一个 Object 数组,如果转型便会报错。成功创建泛型数组的唯一方式是创建一个类型擦除的数组,然后转型,如代码: gia = (Generic[])new Generic[SIZE],gia 的 Class 对象输出的名字是 Generic[]。

我个人的理解是:由于类型擦除,所以 Generic 相当于初始类型 Generic,那么 gia = (Generic[])new Generic[SIZE] 中的转型其实还是转型为 Generic[],看上去像没转,但是多了编译器对参数的检查和自动转型,向数组插入 new Object()和 new Generic()均会报错,而 gia[0] 取出给 Generic 也不需要我们手动转型。

使用 T[] array

上面的例子中,元素的类型是泛型类。下面看一个元素本身类型是泛型参数的例子:

public class GenericArray {

private T[] array;

@SuppressWarnings("unchecked")

public GenericArray(int sz) {

array = (T[])new Object[sz]; // 创建泛型数组

}

public void put(int index, T item) {

array[index] = item;

}

public T get(int index) { return array[index]; }

// Method that exposes the underlying representation:

public T[] rep() { return array; } //返回数组 会报错

public static void main(String[] args) {

GenericArray gai =

new GenericArray(10);

// This causes a ClassCastException:

//! Integer[] ia = gai.rep();

// This is OK:

Object[] oa = gai.rep();

}

}

在上面的代码中,泛型数组的创建是创建一个 Object 数组,然后转型为 T[]。但数组实际的类型还是 Object[]。在调用 rep()方法的时候,就报 ClassCastException 异常了,因为 Object[] 无法转型为 Integer[]。

那创建泛型数组的代码 array = (T[])new Object[sz] 为什么不会报错呢?我的理解和前面介绍的类似,由于类型擦除,相当于转型为 Object[],看上去就是没转,但是多了编译器的参数检查和自动转型。而如果把泛型参数改成  ,那么因为类型是擦除到第一个边界,所以 array = (T[])new Object[sz] 中相当于转型为 Integer[],这应该会报错。下面是实验的代码:

public class GenericArray {

private T[] array;

@SuppressWarnings("unchecked")

public GenericArray(int sz) {

array = (T[])new Object[sz]; // 创建泛型数组

}

public void put(int index, T item) {

array[index] = item;

}

public T get(int index) { return array[index]; }

// Method that exposes the underlying representation:

public T[] rep() { return array; } //返回数组 会报错

public static void main(String[] args) {

GenericArray gai =

new GenericArray(10);

// This causes a ClassCastException:

//! Integer[] ia = gai.rep();

// This is OK:

Object[] oa = gai.rep();

}

}

相比于原始的版本,上面的代码只修改了第一行,把   改成了    那么不用调用 rep(),在创建泛型数组的时候就会报错。下面是运行结果:

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;

at GenericArray.(GenericArray.java:15)

使用 Object[] array

由于擦除,运行期的数组类型只能是 Object[],如果我们立即把它转型为 T[],那么在编译期就失去了数组的实际类型,编译器也许无法发现潜在的错误。因此,更好的办法是在内部最好使用 Object[] 数组,在取出元素的时候再转型。看下面的例子:

public class GenericArray2 {

private Object[] array;

public GenericArray2(int sz) {

array = new Object[sz];

}

public void put(int index, T item) {

array[index] = item;

}

@SuppressWarnings("unchecked")

public T get(int index) { return (T)array[index]; }

@SuppressWarnings("unchecked")

public T[] rep() {

return (T[])array; // Warning: unchecked cast

}

public static void main(String[] argFjhyeFmeMSs) {

GenericArray2 gai =

new GenericArray2(10);

for(int i = 0; i < 10; i ++)

gai.put(i, i);

for(int i = 0; i < 10; i ++)

System.out.print(gai.get(i) + " ");

System.out.println();

try {

Integer[] ia = gai.rep();

} catch(Exception e) { System.out.println(e); }

}

} /* Output: (Sample)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;

*///:~

现在内部数组的呈现不是 T[] 而是 Object[],当 get() 被调用的时候数组的元素被转型为 T,这正是元素的实际类型。不过调用 rep() 还是会报错, 因为数组的实际类型依然是Object[],终究不能转换为其它类型。使用 Object[] 代替 T[] 的好处是让我们不会忘记数组运行期的实际类型,以至于不小心引入错误。

使用类型标识

其实使用 Class 对象作为类型标识是更好的设计:

public class GenericArrayWithTypeToken {

private T[] array;

@SuppressWarnings("unchecked")

public GenericArrayWithTypeToken(Class type, int sz) {

array = (T[])Array.newInstance(type, sz);

}

public void put(int index, T item) {

array[index] = item;

}

public T get(int index) { return array[index]; }

// Expose the underlying representation:

public T[] rep() { return array; }

public static void main(String[] args) {

GenericArrayWithTypeToken gai =

new GenericArrayWithTypeToken(

Integer.class, 10);

// This now works:

Integer[] ia = gai.rep();

}

}

在构造器中传入了 Class 对象,通过 Array.newInstance(type, sz) 创建一个数组,这个方法会用参数中的 Class 对象作为数组元素的组件类型。这样创建出的数组的元素类型便不再是 Object,而是 T。这个方法返回 Object 对象,需要把它转型为数组。不过其他操作都不需要转型了,包括 rep() 方法,因为数组的实际类型与 T[] 是一致的。这是比较推荐的创建泛型数组的方法。

总结

数组与泛型的关系还是有点复杂的,Java 中不允许直接创建泛型数组。本文分析了其中原因并且总结了一些创建泛型数组的方式。其中有部分个人的理解,如果错误希望大家指正。下一篇会总结通配符的使用。


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