《Java核心技術（卷1）》筆記：第8章 泛型程式設計

  1. （P 327）「菱形」語法：

    ArrayList<String> files = new ArrayList<>();
// Java 9 擴展了菱形語法的使用範圍，例如：現在可以對匿名子類使用菱形語法
ArrayList<String> passwords = new ArrayList<>() {
    public String get(int n) {
        return super.get(n).replaceAll(".", "*");
    }
}

  2. （P 328）定義泛型類：

    public class Pair<T, U> {
    ...
}

    常見的做法是類型變數使用大寫字母，而且很簡短：

    • E表示集合的元素類型
    • K、V分別表示表的鍵和值的類型
    • T、U、S表示任意類型

  3. （P 330）定義泛型方法：類型變數放在修飾符的後面，並在返回類型的前面

    class ArrayAlg {
    public static <T> T getMiddle(T... a) {
        ...
    }
}

    調用泛型方法：

    String middle = ArrayAlg.<String>getMiddle("John", "Q.", "Public");
// 大多數情況下，可以省略類型參數
String middle = ArrayAlg.getMiddle("John", "Q.", "Public");  // 編譯器將參數的類型與泛型類型T進行匹配，推斷出T一定是String

  4. （P 332）類型變數的限定

    T是限定類型（bounding type）的子類型：

    <T extends BoundingType>

    一個類型變數或通配符可以有多個限定，限定類型用「&」分隔，而逗號用來分隔類型變數

    <T extends BoundingType1 & BoundingType2>

    可以擁有多個介面超類型，但最多有一個限定可以是類。如果有一個類作為限定，它必須是限定列表中的第一個限定

  5. （P 333）類型擦除：無論何時定義一個泛型類型，都會自動提供一個相應的原始類型。這個原始類型的名字就是去掉類型參數後的泛型類型名。類型變數會被擦除，並替換為其限定類型（或者，對於無限定的變數則替換為Object）

  6. （P 334）為了提高效率，應該將標籤介面（即沒有方法的介面）放在限定列表的末尾

  7. （P 335）調用一個泛型方法時，編譯器會擦除返回類型，並插入強制類型轉換。當訪問一個泛型欄位時，也會插入強制類型轉換。

    Pair<Employee> buddies = ...;
Employee buddy = buddies.getFirst();
// 編譯器會做如下類似的處理
Pair buddies = ...;	// 擦除類型參數，Pair中的所有泛型被替換為Object
Employee buddy = (Employee) buddies.getFirst();	// 插入強制類型轉換（方法原來的返回類型被擦除變成了Object）

  8. （P 335）橋方法：用來解決多態調用和類型擦除的衝突

    方法的擦除會帶來兩個問題，考慮如下程式碼：

    class DateInterval extends Pair<LocalDate> {
    // （偽）重寫父類中的方法
    // 之所以這裡加個「偽」字，是因為父類的類型參數會被編譯器擦除，變成Object，所以這裡實際上是重載了父類中的方法，只是看起來像重寫
    public void setSecond(LocalDate second) {
        ...
    }
    // 這個類中，除了上面的那個外，還存在一個從父類繼承的方法
    public void setSecond(Object second);
}

    這樣在多態調用時會產生問題：

    DateInterval interval = ...;
Pair<LocalDate> pair = interval;
pair.setSecond(aDate);	// 這裡調用的是哪個方法呢？類型擦除和多態發生了衝突
			// 如果編譯器什麼都不做，將調用Pair.setSecond(Object)，因為Pair中只存在這一個setSecond方法
			// 而我們希望進行多態調用，即調用DateInterval.setSecond(LocalDate)

    為了解決這個問題，編譯器會在子類中生成一個橋方法：

    class DateInterval extends Pair<LocalDate> {
    // （偽）重寫父類中的方法
    public void setSecond(LocalDate second) {
        ...
    }
    // 編譯器生成的橋方法，重寫了父類的setSecond方法
    public void setSecond(Object second) {
        setSecond((LocalDate) second);	// 調用上面的那個setSecond方法
    }
}

    另外，還有一個問題，考慮如下程式碼：

    class DateInterval extends Pair<LocalDate> {
    // （偽）重寫父類中的方法
    public LocalDate getSecond() {
        ...
    }
    // 同理，編譯器會生成橋方法，以便進行多態調用
    public Object getSecond() {
        return (LocalDate) getSecond();	// 這裡調用的是哪個方法呢？方法重載時要求參數類型不同，但是這裡兩個getSecond方法都沒有參數，似乎不合法
    }
}

    程式設計師是不能這樣編寫Java程式碼的，但是在虛擬機中，會由參數類型和返回類型共同指定一個方法。因此，編譯器可以為兩個僅返回類型不同的方法生成位元組碼，虛擬機能夠正確地處理這種情況

  9. （P 337）對於Java泛型的轉換，有如下幾個事實：

    • 虛擬機中沒有泛型，只有普通的類和方法
    • 所有的類型參數都會替換為它們的限定類型
    • 會合成橋方法來保持多態
    • 為保持類型安全性，必要時會插入強制類型轉換

  10. （P 337）在泛型程式碼和遺留程式碼之間進行互操作時，編譯器會發出一個警告，可以通過加註解@SuppressWarnings("unchecked")使之消失

    // 將泛型對象賦給原始類型對象
Dictionary<Integer, Component> labelTable = ...;
@SuppressWarnings("unchecked")	// 抑制編譯器的警告
slider.setLabelTabel(labelTable);	// warning

// 將原始類型對象賦給泛型對象
@SuppressWarnings("unchecked")	// 抑制編譯器的警告
Dictionary<Integer, Component> labelTable = slider.getLabelTable();	// warning

  11. （P 338）限制與局限性：

    • 不能用基本類型實例化類型參數

      Pair<double> pair = ...; // 不合法，double是基本類型

    • 運行時類型查詢只適用於原始類型

      if (a instanceof Pair<String>)		// 錯誤
if (a instanceof Pair<T>)		// 錯誤
if (a instanceof Pair)			// 正確

Pair<String> pair = (Pair<String>) a;	// 錯誤

      getClass方法總是返回原始類型

      Pair<String> stringPair = ...;
Pair<Employee> employeePair = ...;
if (stringPair.getClass() == employeePair.getClass()) // 比較結果為true，兩個getClass調用都返回Pair.class

    • 不能創建參數化類型的數組（可以聲明，但不能創建）

      var table = new Pair<String>[10];	// 錯誤
var table = (Pair<String>[]) new Pair<?>[10]; // 可以，但是結果將是不安全的

      如果需要收集參數化類型對象，簡單地使用ArrayList更安全、有效

      var table = new ArrayList<Pair<String>>();	// 合法

    • Varargs警告：向參數個數可變的方法傳遞一個泛型類型的實例，編譯器會發出一個警告，可以使用@SuppressWarnings("unchecked")或者@SafeVarargs註解來抑制這個警告

      @SafeVarargs
public static <T> void addAll(Collection<T> coll, T... ts)	// 調用這個方法時，虛擬機必須要創建T類型的數組ts
								// 這違反了前面的規則，但此時編譯器只會發出一個警告
      • 對於任何只需要讀取參數數組元素的方法，都可以使用@SafeVarargs註解
      • @SafeVarargs只能用於聲明為static、final或private的構造器和方法。

    • 不能實例化類型變數

      public Pair() {
    first = new T();	// 錯誤
    second = new T();	// 錯誤
}

      Java 8之後，最好的解決辦法：讓調用者提供一個構造器表達式

      public static <T> Pair<T> makePair(Supplier<T> constr) {
    return new Pair<>(constr.get(), constr.get());
}

Pair<String> p = Pair.makePair(String::new);

      傳統的解決方法：通過反射調用Constructor.newInstance方法來構造泛型對象

      first = T.class.getConstructor().newInstance();	// 錯誤，T被擦除為Object

public static <T> Pair<T> makePair(Class<T> cl) {
    try {
        return new Pair<>(cl.getConstructor().newInstance(), cl.getConstructor().newInstance());
    } catch (Exception e) {
        return null;
    }
}

Pair<String> p = Pair.makePair(String.class);

    • 不能構造泛型數組

      public static <T extends Comparable> T[] minmax(T... a) {
    T[] mm = new T[2];	// 錯誤
    ...
}

    • 泛型類的靜態上下文中類型變數無效：不能在靜態欄位或方法中引用類型變數

      public class Singleton<T> {
    private static T singleInstance;	// 錯誤
    public static T getSingleInstance() {	// 錯誤
        ...
    }
}

    • 不能拋出或捕獲泛型類的實例

      public class Problem<T> extends Exception { ... }	// 錯誤，泛型類不能擴展Throwable
try { ... } catch (T e) { ... }			// 錯誤，catch子句中不能使用類型變數

    • 可以取消對檢查型異常的檢查

      通過使用泛型類、擦除和@SuppressWarnings註解，我們就能消除Java類型系統的部分基本限制（詳見P 343 ~ P 345）

    • 注意擦除後的衝突：例如在類中增加一個equals方法就可能和從Object中繼承的equals方法衝突

      倘若兩個介面類型是同一介面的不同參數化，一個類或類型變數就不能同時作為這兩個介面類型的子類

      class Employee implements Comparable { ... }
class Manager extends Employee implements Comparable { ... } // 錯誤

  12. （P 346）具有繼承關係的類如果作為泛型類的類型參數，則這些泛型類之間沒有繼承關係（通配符類型可以解決這個問題），例如Employee和Manager具有繼承關係，但是Pair<Employee>和Pair<Manager>之間沒有繼承關係。注意：數組類型Employee[]和Manager[]之間具有繼承關係

  13. （P 347）總是可以將參數化類型轉換為一個原始類型

    var managerBuddies = new Pair<Manager>(...);
Pair rawBuddies = managerBuddies;	// 合法

  14. （P 347）泛型類可以擴展或實現其他的泛型類。如：ArrayList<T>實現了List<T>介面，這意味著ArrayList<Manager>實現了List<Manager>介面

  15. （P 348）通配符：在通配符類型中，允許類型參數發生變化

    Pair<? extends Employee>	// 表示任何泛型Pair類型，它的類型參數是Employee的子類
				// 如Pair<Manager>是Pair<? extends Employee>的子類

    其中的方法如下：

    ? extends Employee getFirst()		// 合法，可以將返回值賦給一個Employee
void setFirst(? extends Employee)	// 這樣不可能調用這個方法，它拒絕傳遞任何特定的類型

  16. （P 349）超類型限定：? super Manager，這個通配符限制為Manager的所有超類型

    void setFirst(? super Manager)	// 合法，可以向方法傳遞一個Manager對象，或者其子類型的對象
? super Manager getFirst()	// 不能調用這個方法，它無法確定返回值的類型，只能賦給Object

  17. （P 350）直觀地講，帶有超類型限定的通配符允許你寫入一個泛型對象，而帶有子類型限定的通配符允許你讀取一個泛型對象

  18. （P 351）無限定通配符：在編寫不需要實際類型的方法時很有用，可讀性更好

    ? getFirst()		// 返回值只能賦給Object
void setFirst(?)	// 不能被調用，甚至不能傳遞Object（原始的Pair類型可以，這是Pair<T>和Pair主要的不同），可以傳遞null

  19. （P 352）不能在編寫程式碼中使用「?」作為一種類型，必須保存?類型的變數時，可以通過編寫輔助方法（泛型方法）解決

  20. （P 353）通配符捕獲只有在非常限定的情況下才是合法的，編譯器必須能夠保證通配符表示單個確定的類型

  21. （P 356）可以使用java.lang.reflect包中的介面Type表述泛型類型的聲明，其包含以下子類：

    • Class類，描述具體類型
    • TypeVariable介面，描述類型變數
    • WildcardType介面，描述通配符
    • ParameterizedType介面，描述泛型類或介面類型
    • GenericArrayType介面，描述泛型數組
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