Kotlin 和 Java 泛型的侷限性、泛型擦除、星投影

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時間 2022-07-05 03:16:03

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在之前的文章 Kotlin 和 Java 泛型的缺陷和應用場景 中介紹了：

  • 為什麼要有泛型
  • Kotlin 和 Java 的協變和逆變的區別和應用場景，
  • Java 陣列協變的缺陷
  • 萬用字元 <? extends> 、 <? super> 、 <out> 、 <in> 的區別和應用場景

而今天這篇文章我們主要介紹泛型擦除和它的侷限性，所以通過這篇文章你將學習到以下內容：

  • 能直接例項化泛型嗎？
  • 泛型被擦除之後，一定會編譯成 Object 型別嗎？
  • 為什麼無法獲取泛型 Class 型別？
  • 為什麼要擦除掉泛型？
  • 泛型資訊被擦除了之後，泛型資訊真的不存在了嗎？
  • 迷惑的萬用字元 ? 號和星投影

泛型擦除我相信對於每個開發者並不陌生，先寫一段示例程式碼，例項化泛型 <T>，我們花三秒鐘思考一下，下面的程式碼是否可以正常編譯。

```kotlin // Java public class GenericPersonJava { GenericPersonJava() { T t = new T() } }

//Kotlin class GenericPersonKt { init { val t: T = T() } } ```

編譯會出錯，因為 <T> 被擦除之後，會將 <T> 編譯成 Object, JVM 指令如下圖所示。

如果傳入的泛型引數是 String, 那麼泛型被擦除之後，會編譯成 Object 型別，型別顯然不對，無論是 Java 還是 Kotlin 在編譯階段都無法確定泛型引數的型別，所以為了防止型別問題，編譯器不支援直接對泛型例項化，這也是泛型的侷限性，不能直接對泛型例項化。

如果想例項化泛型，Java 和 Kotlin 通用解決方案，通過 Class 反射的方式來例項化泛型 <T>，我們修改一下上面的程式碼，即可正常編譯執行。

```kotlin // Java public class GenericPersonJava { GenericPersonJava(Class classes) { T t = classes.newInstance(); } }

// kotlin class GenericPersonKt(classes: Class) {
init {
val t: T = classes.newInstance()
}
} ```

我們在思考一下泛型 <T> 被擦除之後，一定會編譯成 Object 型別嗎？ 修改一下上面的程式碼，給泛型新增上界，在花 3 秒鐘思考一下編譯後的泛型 <T> 是什麼型別。

```kotlin // Java public class GenericPersonJava {

}

// Kotlin class GenericPersonKt() {

} ```

修改後的程式碼，給泛型添加了上界，即泛型 <T> 繼承自 String，泛型被擦除之後，會被編譯成 String 型別，如下圖所示。

因此我們可以得出一個結論，無論是 Java 還是 Kotin：

  • 如果泛型沒有指定上界 <T>，泛型被擦除之後，會被編譯成 Object 型別
  • 如果泛型指定了上界，例如 <T : String>，泛型被擦除之後，會被編譯成 String 型別

無法獲取泛型 Class 型別

我們在來介紹一下泛型另外一個侷限性無法獲取泛型 Class 型別，先寫一段程式碼，我們在花 3 秒鐘思考一下，以下程式碼輸出的結果是什麼。

```kotlin // Java public static void main(String... args) { List p1 = new ArrayList(); List p2 = new ArrayList(); System.out.println(p1.getClass() == p2.getClass()); }

// Kotlin fun main() { val p1: List = ArrayList() val p2: List = ArrayList() println(p1.javaClass == p2.javaClass) } ```

上面的程式碼 Java 和 Kotlin 輸出的結果都是 true，因為泛型被擦除了之後，無論 ArrayList<Integer> 還是 ArrayList<Double> 獲取 class 的時候，獲取到的都是同一個 ArrayList class。

所以對於一個泛型 ArrayList<T> 無論 <T> 是什麼型別，編譯完了之後都會被擦除掉，最後獲取到的都是 ArrayList class 而不是 ArrayList<T> class。

為什麼要擦除掉泛型？

泛型是 Java 1.5 之後引入的，在之前的版本是沒有泛型這個概念，所以為了相容之前的版本，因此在生成位元組碼的時候，將泛型資訊擦除掉了。

泛型資訊被擦除，真的不存在了嗎

我們在思考一下泛型資訊被擦除了之後，泛型資訊真的不存在了嗎？我們先寫一段程式碼，看一下編譯後的 JVM 指令。

kotlin public class GenericJava { public static void main(String... args) { ArrayList<Integer> p1 = new ArrayList<Integer>(); } }

生成的 JVM 指令如下圖所示。

標記 1 執行 New 命令建立了 ArrayList 物件，而不是 ArrayList<Integer>，由此可見泛型資訊被擦除了。我們繼續往下看有個 LocalVariableTable 和 LocalVariableTypeTable。

  • LocalVariableTable 就是我們常說的區域性變量表，儲存方法引數列表和方法內的區域性變數，按照宣告的順序儲存，它以陣列的形式展示，更多關於區域性變量表和運算元棧的知識點，歡迎前往檢視另外一個篇文章 CPU 如何記錄函式呼叫過程和返回過程。

  • LocalVariableTypeTable 它的資料結構和 LocalVariableTable 是一樣的，只不過它是用來儲存泛型資訊

正如圖中 標記 2 所示，我們在程式碼中編寫的泛型 ArrayList<Integer>，泛型資訊被擦除掉之後，會儲存到 LocalVariableTypeTable 中，所以並沒有真正意義上的將泛型相關的資訊抹除掉。正因為泛型資訊被儲存了下來，所以我們在執行時，可以通過反射獲取到泛型相關的資訊。

無論使用 Java 還是 Kotlin, 定義在型別的上的泛型、定義在方法引數的泛型，定義在方法返回值的泛型、定義在區域性變數的泛型、還是定義在全域性變數中的泛型，它們的泛型資訊都會儲存下來。如下圖所示。

? 號和星投影

Koltin 中的星投影，即泛型 <*>，其實等效於 Java 中的 <?> 號，用於表示不確定泛型是什麼型別的資訊。我們來看一段程式碼。

```kotlin // Java List<?> list;

// Kotlin val list: List<*> ```

上面的程式碼其實等效於下面的程式碼。

```kotlin // Java List<? extends Object> list;

// Koltin val list: List ```

  • Java 中的萬用字元 <?> 號等效於 <? extends Object>
  • Kotlin 中的萬用字元 <*> 號等效於 <out Any>

在 Java 中 Object 類是所有類的父類，在 Kotlin 中分為非空和可空兩種型別，因此 Any 是所有非空型別的父類，而 Any? 是所有可空型別的父類。因此我們可以用 Object 和 Any 來表示。

在 Java 中用萬用字元 ? extends 表示協變，而在 Kotlin 中關鍵字 out 表示協變，關於協變和逆變更多的知識點，可以前往檢視 90%的人都不知道的知識點，Kotlin 和 Java 的協變和逆變。


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