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Java泛型: 類型擦除(type erasure)

nidaye / 3034人閱讀

摘要：泛型類型僅存在于編譯期間，編譯后的字節(jié)碼和運(yùn)行時不包含泛型信息，所有的泛型類型映射到同一份字節(jié)碼。的本質(zhì)泛型編譯器原始類型被替換泛型編譯器原始類型被替換原始類型指被編譯器擦除了泛型信息后，類型變量在字節(jié)碼中的具體類型。

type erasure & reified generic 
Java的泛型不同于C++的模板：Java泛型是"type erasure"，C++模板是"reified generic"。

type erasure：泛型類型僅存在于編譯期間，編譯后的字節(jié)碼和運(yùn)行時不包含泛型信息，所有的泛型類型映射到同一份字節(jié)碼。

reified generic：泛型類型存在于編譯和運(yùn)行期間，編譯器自動為每一種泛型類型生成類型代碼并編譯進(jìn)二進(jìn)制碼中。

為什么Java是type erasure

這是由于泛型是后來(SE5)才加入到Java語言特性的，Java讓編譯器擦除掉關(guān)于泛型類型的信息，這樣使得Java可以向后兼容之前沒有使用泛型的類庫和代碼，因為在字節(jié)碼層面是沒有泛型概念的。

type erasure的本質(zhì) 
泛型(T) --> 編譯器(type erasure) --> 原始類型(T被Object替換)
泛型(? extends XXX) --> 編譯器(type erasure) --> 原始類型(T被XXX替換)
原始類型指被編譯器擦除了泛型信息后，類型變量在字節(jié)碼中的具體類型。

假如，我們定義一個泛型類Generic是這樣的：

class Generic {
    private T obj;

    public Generic(T o) {
        obj = o;
    }

    public T getObj() {
        return obj;
    }
}

那么，Java編譯后的字節(jié)碼中Generic相當(dāng)于這樣的：

class Generic {
    private Object obj;

    public Generic(Object o) {
        obj = o;
    }

    public Object getObj() {
        return obj;
    }
}

假如，我們使用Generic類是這樣的：

public static void main(String[] args) {
    Generic generic = new Generic("hehe...");
    String str = generic.getObj();
}

那么，Java編譯后的字節(jié)碼中相當(dāng)于這樣的：

public static void main(String[] args) {
    Generic generic = new Generic("hehe...");
    String str = (String) generic.getObj();
}

所以，所有Generic的泛型類型實質(zhì)是同一個類：

public static void main(String[] args) {
    Generic a = new Generic(111);
    Generic b = new Generic("bbb");
    System.out.println("a"class: " + a.getClass().getName());
    System.out.println("b"class: " + b.getClass().getName());
    System.out.println("G"class: " + Generic.class.getName());
    System.out.println("a"class == b"class == G"class: " + (a.getClass() == b.getClass() && b.getClass() == Generic.class));
}

上述代碼執(zhí)行結(jié)果：

a"class: generic.Generic
b"class: generic.Generic
G"class: generic.Generic
a"class == b"class == G"class: true

__小結(jié)__：Java的泛型只存在于編譯時期，泛型使編譯器可以在編譯期間對類型進(jìn)行檢查以提高類型安全，減少運(yùn)行時由于對象類型不匹配引發(fā)的異常。

type erasure導(dǎo)致泛型的局限性 
類型擦除降低了泛型的泛化性，使得某些重要的上下文環(huán)境中不能使用泛型類型，具有一定的局限性。
運(yùn)行時隱含類型轉(zhuǎn)換的開銷

使用泛型時，Java編譯器自動幫我們生成了類型轉(zhuǎn)換的代碼，這相對于C++模板來說無疑帶來了額外的性能開銷。

類型參數(shù)不能實例化 
    T obj = new T(); // compile error
    T[] objs = new T[10]; // compile error
     Generic generic = new Generic[10]; // compile error
類型參數(shù)不能進(jìn)行類型查詢(類型查詢在運(yùn)行時，運(yùn)行時類型參數(shù)已被擦除) 
    Generic a = new Generic(111);
    if(a instanceof Generic)// compile error
    if(a instanceof Generic) // compile error
    if(a instanceof Generic) // 僅測試了a是否是Generic，忽略了類型參數(shù)
不能在靜態(tài)域和靜態(tài)方法中引用類型變量 
    class Generic {
        private static T obj;// compile error
        public static T func(){...}// compile error
    }

因為所有泛型類最終映射到同一個原始類型類，而靜態(tài)屬性是類級別的，類和實例共同擁有它的一份存儲，因此一份存儲無法安放多個類型的屬性。靜態(tài)方法也是如此。

重載方法簽名沖突： 
    public boolean equals(T obj) // compile error

public boolean equals(T obj)被擦除類型后變?yōu)?b>public boolean equals(Object obj)，與根類Object的public boolean equals(Object obj)簽名一樣，而兩者均不能覆蓋對方，導(dǎo)致編譯期名稱沖突。

一個類不能實現(xiàn)同一個泛型接口的兩種變體： 
interface IFace() {}
class FaceImpParent implements IFace {}
class FaceImpChild extends FaceImpParent implements IFace {} // compile error

原因是IFace和IFace在擦除類型后是同一個接口，一個類不能實現(xiàn)兩次同一個接口。

泛型類不能擴(kuò)展java.lang.Throwable 
    class GenericException  extends Exception {} // compile error

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