Java泛型的類型擦除

From: http://softlab.sdut.edu.cn/blog/subaochen/2017/01/generics-type-erasure/

Java泛型這個特性是從JDK 1.5才開始加入的，因此為了兼容之前的版本，Java泛型的實現采取了“偽泛型”的策略，即Java在語法上支持泛型，但是在編譯階段會進行所謂的“類型擦除”（Type Erasure），將所有的泛型表示（尖括號中的內容）都替換為具體的類型（其對應的原生態類型），就像完全沒有泛型一樣。理解類型擦除對於用好泛型是很有幫助的，尤其是一些看起來“疑難雜症”的問題，弄明白了類型擦除也就迎刃而解了。

泛型的類型擦除原則是：

• 消除類型參數聲明，即刪除<>及其包圍的部分。
• 根據類型參數的上下界推斷並替換所有的類型參數為原生態類型：如果類型參數是無限制通配符或沒有上下界限定則替換為Object，如果存在上下界限定則根據子類替換原則取類型參數的最左邊限定類型（即父類）。
• 為了保證類型安全，必要時插入強制類型轉換代碼。
• 自動產生“橋接方法”以保證擦除類型后的代碼仍然具有泛型的“多態性”。

1 擦除類定義中的類型參數

1.1 無限制類型擦除

當類定義中的類型參數沒有任何限制時，在類型擦除中直接被替換為Object，即形如<T>和<?>的類型參數都被替換為Object，參見 1。

圖 1: 擦除類定義中的類型參數

1.2 有限制類型擦除

當類定義中的類型參數存在限制（上下界）時，在類型擦除中替換為類型參數的上界或者下界，比如形如<T extends Number>和<? extends Number>的類型參數被替換為Number，<? super Number>被替換為Object，參見 2。

圖 2: 擦除類定義中的有限制類型參數

2 擦除方法定義中的類型參數

擦除方法定義中的類型參數原則和擦除類定義中的類型參數是一樣的，這里僅以擦除方法定義中的有限制類型參數為例，見 3。

圖 3: 擦除泛型方法中的類型參數

3 橋接方法和泛型的多態

考慮下面的代碼：

public interface Info&lt;T&gt; { // just return var:-) T info(T var); } public class BridgeMethodTest implements Info&lt;Integer&gt; { @Override public Integer info(Integer var) { return var; } }

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public interface Info<T> {     // just return var:-)     T info(T var); } public class BridgeMethodTest implements Info<Integer> {     @Override     public Integer info(Integer var) {         return var;     } }

按照我們之前類型擦除的經驗，在擦除類型后的代碼應該是這個樣子的：

public interface Info { // just return var Object info(Object var); } public class BridgeMethodTest implements Info { @Override public Integer info(Integer var) { return var; } }

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public interface Info {     // just return var     Object info(Object var); }   public class BridgeMethodTest implements Info {     @Override     public Integer info(Integer var) {         return var;     } }

但是，明顯可以看出，這樣擦除類型后的代碼在語法上是錯誤的：BridgeMethodTest類中雖然存在一個info方法，但是和Info接口要求覆蓋的info方法不一致：參數類型不一致。在這種情況下，Java編譯器會自動增加一個所謂的“橋接方法”（bridge method）來滿足Java語法的要求，同時也保證了基於泛型的多態能夠有效。我們反編譯一下BridgeMethodTest.class文件可以看到Java編譯器到底是如何做的：

$ javap BridgeMethodTest.class

Compiled from “BridgeMethodTest.java”

public class BridgeMethodTest implements Info<java.lang.Integer> {

public BridgeMethodTest();

public java.lang.Integer info(java.lang.Integer);

public java.lang.Object info(java.lang.Object);

}

可以看出，Java編譯器在BridgeMethodTest中自動增加了兩個方法：默認構造方法和參數為Object的info方法，參數為Object的info方法就是“橋接方法”。如何理解“橋接”二字呢？我們進一步反編譯BridgeMethodTest看一下：

// Decompiled by Jad v1.5.8e. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov. // Jad home page: http://www.geocities.com/kpdus/jad.html // Decompiler options: packimports(3) // Source File Name: BridgeMethodTest.java public class BridgeMethodTest implements Info { public BridgeMethodTest() { } public Integer info(Integer integer) { return integer; } public volatile Object info(Object obj) { return info((Integer)obj); } }

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// Decompiled by Jad v1.5.8e. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.                                                           // Jad home page: http://www.geocities.com/kpdus/jad.html // Decompiler options: packimports(3) // Source File Name:   BridgeMethodTest.java     public class BridgeMethodTest     implements Info {       public BridgeMethodTest()     {       }         public Integer info(Integer integer)     {           return integer;     }         public volatile Object info(Object obj)     {           return info((Integer)obj);     }   }

info(Object)方法通過調用子類的info(Integer)方法搭起了父類和子類的橋梁，也就是說，info(Object obj)這個方法起到了連接父類和子類的作用，使得Java的多態在泛型情況下依然有效。

當然，我們在使用基於泛型的多態時不必過多的考慮“橋接方法”，Java編譯器會幫我們打理好一切。

關於橋接方法的更多信息可以參考： JLS的相關章節。

參考資料

• http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/index.html
• http://docs.oracle.com/javase/tutorial/extra/generics/index.html