Java 泛型总结（二）：泛型与数组

简介

上一篇文章介绍了的问题，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<t> {
 
}

如果要创建一个泛型数组，应该是这样： generic<integer> ga = new generic<integer>[]  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<t> {
 private list<t> array = new arraylist<t>();
 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<integer>[] 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<integer>[]  具体参见下面的例子：

public class arrayofgeneric {
 static final int size = 100;
 static generic<integer>[] gia;
 @suppresswarnings("unchecked")
 public static void main(string[] args) {
 // compiles; produces classcastexception:
 //! gia = (generic<integer>[])new object[size];
 // runtime type is the raw (erased) type:
 gia = (generic<integer>[])new generic[size];
 system.out.println(gia.getclass().getsimplename());
 gia[0] = new generic<integer>();
 //! gia[1] = new object(); // compile-time error
 // discovers type mismatch at compile time:
 //! gia[2] = new generic<double>();
 generic<integer> 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<integer>[])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<integer>[])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<integer> 相当于初始类型 generic，那么 gia = (generic<integer>[])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<double>()均会报错，而 gia[0] 取出给 generic<integer> 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<t> {
 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<integer> gai =
 new genericarray<integer>(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 <t extends integer> ，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<t extends integer> {
 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<integer> gai =
 new genericarray<integer>(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  <t> 改成了 <t extends integer>   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.<init>(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<t> {
 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[] args) {
 genericarray2<integer> gai =
 new genericarray2<integer>(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<t> {
 private t[] array;
 @suppresswarnings("unchecked")
 public genericarraywithtypetoken(class<t> 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<integer> gai =
 new genericarraywithtypetoken<integer>(
 integer.class, 10);
 // this now works:
 integer[] ia = gai.rep();
 }
}

在构造器中传入了 class<t> 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。

以上就是本文的全部内容，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，同时也希望多多支持！