擦拭法

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泛型是一种类似”模板代码“的技术，不同语言的泛型实现方式不一定相同。

Java 语言的泛型实现方式是擦拭法（Type Erasure）。

所谓擦拭法是指，虚拟机对泛型其实一无所知，所有的工作都是编译器做的。

例如，我们编写了一个泛型类Pair<T>，这是编译器看到的代码：

public class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair(T first, T last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public T getFirst() {return first;
    }
    public T getLast() {return last;
    }
}

而虚拟机根本不知道泛型。这是虚拟机执行的代码：

public class Pair {private Object first;
    private Object last;
    public Pair(Object first, Object last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public Object getFirst() {return first;
    }
    public Object getLast() {return last;
    }
}

因此，Java 使用擦拭法实现泛型，导致了：

• 编译器把类型 <T> 视为Object；
• 编译器根据 <T> 实现安全的强制转型。

使用泛型的时候，我们编写的代码也是编译器看到的代码：

Pair<String> p = new Pair<>("Hello", "world");
String first = p.getFirst();
String last = p.getLast();

而虚拟机执行的代码并没有泛型：

Pair p = new Pair("Hello", "world");
String first = (String) p.getFirst();
String last = (String) p.getLast();

所以，Java 的泛型是由编译器在编译时实行的，编译器内部永远把所有类型 T 视为 Object 处理，但是，在需要转型的时候，编译器会根据 T 的类型自动为我们实行安全地强制转型。

了解了 Java 泛型的实现方式——擦拭法，我们就知道了 Java 泛型的局限：

局限一：<T>不能是基本类型，例如 int，因为实际类型是Object，Object 类型无法持有基本类型：

Pair<int> p = new Pair<>(1, 2); // compile error!

局限二：无法取得带泛型的Class。观察以下代码：

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<String> p1 = new Pair<>("Hello", "world");
        Pair<Integer> p2 = new Pair<>(123, 456);
        Class c1 = p1.getClass();
        Class c2 = p2.getClass();
        System.out.println(c1==c2); // true
        System.out.println(c1==Pair.class); // true
    }
}

class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair(T first, T last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public T getFirst() {return first;
    }
    public T getLast() {return last;
    }
}

因为 T 是Object，我们对 Pair<String> 和Pair<Integer>类型获取 Class 时，获取到的是同一个 Class，也就是Pair 类的Class。

换句话说，所有泛型实例，无论 T 的类型是什么，getClass()返回同一个 Class 实例，因为编译后它们全部都是Pair<Object>。

局限三：无法判断带泛型的类型：

Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
// Compile error:
if (p instanceof Pair<String>) {
}

原因和前面一样，并不存在Pair<String>.class，而是只有唯一的Pair.class。

局限四：不能实例化 T 类型：

public class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair() {// Compile error:
        first = new T();
        last = new T();}
}

上述代码无法通过编译，因为构造方法的两行语句：

first = new T();
last = new T();

擦拭后实际上变成了：

first = new Object();
last = new Object();

这样一来，创建 new Pair<String>() 和创建 new Pair<Integer>() 就全部成了Object，显然编译器要阻止这种类型不对的代码。

要实例化 T 类型，我们必须借助额外的 Class<T> 参数：

public class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair(Class<T> clazz) {first = clazz.newInstance();
        last = clazz.newInstance();}
}

上述代码借助 Class<T> 参数并通过反射来实例化 T 类型，使用的时候，也必须传入Class<T>。例如：

Pair<String> pair = new Pair<>(String.class);

因为传入了 Class<String> 的实例，所以我们借助 String.class 就可以实例化 String 类型。

不恰当的覆写方法

有些时候，一个看似正确定义的方法会无法通过编译。例如：

public class Pair<T> {public boolean equals(T t) {return this == t;
    }
}

这是因为，定义的 equals(T t) 方法实际上会被擦拭成 equals(Object t)，而这个方法是继承自Object 的，编译器会阻止一个实际上会变成覆写的泛型方法定义。

换个方法名，避开与 Object.equals(Object) 的冲突就可以成功编译：

public class Pair<T> {public boolean same(T t) {return this == t;
    }
}

泛型继承

一个类可以继承自一个泛型类。例如：父类的类型是Pair<Integer>，子类的类型是IntPair，可以这么继承：

public class IntPair extends Pair<Integer> {
}

使用的时候，因为子类 IntPair 并没有泛型类型，所以，正常使用即可：

IntPair ip = new IntPair(1, 2);

前面讲了，我们无法获取 Pair<T> 的T类型，即给定一个变量 Pair<Integer> p，无法从p 中获取到 Integer 类型。

但是，在父类是泛型类型的情况下，编译器就必须把类型 T（对IntPair 来说，也就是 Integer 类型）保存到子类的 class 文件中，不然编译器就不知道 IntPair 只能存取 Integer 这种类型。

在继承了泛型类型的情况下，子类可以获取父类的泛型类型。例如：IntPair可以获取到父类的泛型类型Integer。获取父类的泛型类型代码比较复杂：

import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;

public class Main {public static void main(String[] args) {
        Class<IntPair> clazz = IntPair.class;
        Type t = clazz.getGenericSuperclass();
        if (t instanceof ParameterizedType) {ParameterizedType pt = (ParameterizedType) t;
            Type[] types = pt.getActualTypeArguments(); // 可能有多个泛型类型
            Type firstType = types[0]; // 取第一个泛型类型
            Class<?> typeClass = (Class<?>) firstType;
            System.out.println(typeClass); // Integer
        }
    }
}

class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair(T first, T last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public T getFirst() {return first;
    }
    public T getLast() {return last;
    }
}

class IntPair extends Pair<Integer> {public IntPair(Integer first, Integer last) {super(first, last);
    }
}

因为 Java 引入了泛型，所以，只用 Class 来标识类型已经不够了。实际上，Java 的类型系统结构如下：

                      ┌────┐
                      │Type│
                      └────┘
                         ▲
                         │
   ┌────────────┬────────┴─────────┬───────────────┐
   │            │                  │               │
┌─────┐┌─────────────────┐┌────────────────┐┌────────────┐
│Class││ParameterizedType││GenericArrayType││WildcardType│
└─────┘└─────────────────┘└────────────────┘└────────────┘

小结

Java 的泛型是采用擦拭法实现的；

擦拭法决定了泛型<T>：

• 不能是基本类型，例如：int；
• 不能获取带泛型类型的Class，例如：Pair<String>.class；
• 不能判断带泛型类型的类型，例如：x instanceof Pair<String>；
• 不能实例化 T 类型，例如：new T()。

泛型方法要防止重复定义方法，例如：public boolean equals(T obj)；

子类可以获取父类的泛型类型<T>。