Java的类型擦除

旧城等待， 2022-03-19 08:07 279阅读 0赞

一、各种语言中的编译器是如何处理泛型的

通常情况下，一个编译器处理泛型有两种方式：

1.Code specialization。在实例化一个泛型类或泛型方法时都产生一份新的目标代码（字节码or二进制代码）。例如，针对一个泛型list，可能需要 针对string，integer，float产生三份目标代码。

2.Code sharing。对每个泛型类只生成唯一的一份目标代码；该泛型类的所有实例都映射到这份目标代码上，在需要的时候执行类型检查和类型转换。

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C++ 中的模板（template）是典型的Code specialization实现。 C++ 编译器会为每一个泛型类实例生成一份执行代码。执行代码中integer list和string list是两种不同的类型。这样会导致 代码膨胀（code bloat） 。 C\# 里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符）或是运行期的CLR中都是切实存在的，List<int>与List<String>就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型被称为真实泛型。 Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经被替换为原来的原生类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此对于运行期的Java语言来说，ArrayList<int>与ArrayList<String>就是同一个类。所以说泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为 类型擦除 ，基于这种方法实现的泛型被称为伪泛型。

C++和C\#是使用Code specialization的处理机制，前面提到，他有一个缺点，那就是 会导致代码膨胀 。另外一个弊端是在引用类型系统中，浪费空间，因为引用类型集合中元素本质上都是一个指针。没必要为每个类型都产生一份执行代码。而这也是Java编译器中采用Code sharing方式处理泛型的主要原因。

Java编译器通过Code sharing方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示，并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过 类型擦除 （type erasue）实现的。

二、什么是类型擦除

前面我们多次提到这个词： 类型擦除 （type erasue）\*\*，那么到底什么是类型擦除呢？

类型擦除指的是通过类型参数合并，将泛型类型实例关联到同一份字节码上。编译器只为泛型类型生成一份字节码，并将其实例关联到这份字节码上。类型擦除的关键在于从泛型类型中清除类型参数的相关信息，并且再必要的时候添加类型检查和类型转换的方法。 类型擦除可以简单的理解为将泛型java代码转换为普通java代码，只不过编译器更直接点，将泛型java代码直接转换成普通java字节码。 类型擦除的主要过程如下： 1.将所有的泛型参数用其最左边界（最顶级的父类型）类型替换。（这部分内容可以看：Java泛型中extends和super的理解） 2.移除所有的类型参数。

三、Java编译器处理泛型的过程

code 1:

public static void main(String\[\] args) \{

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

map.put("name", "hollis");

map.put("age", "22");

System.out.println(map.get("name"));

System.out.println(map.get("age"));

反编译后的code 1:

public static void main(String\[\] args) \{

Map map = new HashMap();

map.put("name", "hollis");

map.put("age", "22");

System.out.println((String) map.get("name"));

System.out.println((String) map.get("age"));

我们发现泛型都不见了，程序又变回了Java泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型，

code 2:

interface Comparable<A> \{

public int compareTo(A that);

public final class NumericValue implements Comparable<NumericValue> \{

private byte value;

public NumericValue(byte value) \{

this.value = value;

public byte getValue() \{

return value;

public int compareTo(NumericValue that) \{

return this.value - that.value;

反编译后的code 2:

interface Comparable \{

public int compareTo( Object that);

public final class NumericValue

implements Comparable

public NumericValue(byte value)

this.value = value;

public byte getValue()

return value;

public int compareTo(NumericValue that)

return value - that.value;

public volatile int compareTo(Object obj)

return compareTo((NumericValue)obj);

private byte value;

code 3:

public class Collections \{

public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) \{

Iterator<A> xi = xs.iterator();

A w = xi.next();

while (xi.hasNext()) \{

A x = xi.next();

if (w.compareTo(x) < 0)

w = x;

return w;

反编译后的code 3:

public class Collections

public Collections()

public static Comparable max(Collection xs)

Iterator xi = xs.iterator();

Comparable w = (Comparable)xi.next();

while(xi.hasNext())

Comparable x = (Comparable)xi.next();

if(w.compareTo(x) < 0)

w = x;

return w;

第2个泛型类Comparable <A>擦除后 A被替换为最左边界Object。Comparable<NumericValue>的类型参数NumericValue被擦除掉，但是这直 接导致NumericValue没有实现接口Comparable的compareTo(Object that)方法，于是编译器充当好人，添加了一个 桥接方法 。 第3个示例中限定了类型参数的边界<A extends Comparable<A>>A，A必须为Comparable<A>的子类，按照类型擦除的过程，先讲所有的类型参数 ti换为最左边界Comparable<A>，然后去掉参数类型A，得到最终的擦除后结果。

四、泛型带来的问题

一、当泛型遇到重载：

public class GenericTypes \{

public static void method(List<String> list) \{

System.out.println("invoke method(List<String> list)");

public static void method(List<Integer> list) \{

System.out.println("invoke method(List<Integer> list)");

上面这段代码，有两个重载的函数，因为他们的参数类型不同，一个是List<String>另一个是List<Integer> ，但是，这段代码是编译通不过的。因为我们前面讲过，参数List<Integer>和List<String>编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List ，擦除动作导致这两个方法的特征签名变得一模一样。

二、当泛型遇到catch:

如果我们自定义了一个泛型异常类GenericException ，那么，不要尝试用多个catch取匹配不同的异常类型，例如你想要分别捕获GenericException 、GenericException ，这也是有问题的。

三、当泛型内包含静态变量

public class StaticTest\{

public static void main(String\[\] args)\{

GT<Integer> gti = new GT<Integer>();

gti.var=1;

GT<String> gts = new GT<String>();

gts.var=2;

System.out.println(gti.var);

class GT<T>\{

public static int var=0;

public void nothing(T x)\{\}

答案是------2！由于经过类型擦除，所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上，泛型类的所有静态变量是共享的。

五、总结

虚拟机中没有泛型，只有普通类和普通方法,所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除,泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。

创建泛型对象时请指明类型，让编译器尽早的做参数检查（ Effective Java，第23条：请不要在新代码中使用原生态类型 ）

不要忽略编译器的警告信息，那意味着潜在的ClassCastException等着你。

静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为MyClass<T>的类，访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过new MyClass<String>还是new MyClass<Integer>创建的对象，都是共享一个静态变量。

泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除，JVM是无法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的。对于JVM来说，它们都是 MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。

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