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诊断 Java 代码: 轻松掌握 Java 泛型http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-djc02113/ Java Tiger 版本和 JSR-14 原型编译器中的泛型指南 |
级别: 初级 Eric E. Allen (eallen@cs.rice.edu), 博士研究生, Rice 大学 Java 编程语言团队 2003 年 5 月 14 日 本月的 诊断 Java 代码介绍泛型类型(generic type)和支持它们的特性,计划在 2003 年末发布的 Tiger,也就是 Java V1.5 中打算包含这些泛型和特性。Eric Allen 提供了代码样本,这些样本通过重点描述诸如基本类型的限制、受限泛型和多态方法之类的 Tiger 特性来说明泛型类型的优缺点(即将发表的专栏文章将讨论其它特性,比如 Tiger 中泛型类型的特定表现以及可能扩展为 Tiger 之外的泛型类型)。请通过单击文章顶部或底部的 讨论进入 论坛,与作者和其他读者分享您对本文的心得体会。 J2SE 1.5 - 代号为 Tiger - 计划在 2003 年年底发布。我一直都热衷于尽可能多地收集有关即将推出的新技术的预告信息,因此我将撰写一系列的文章,讨论可从 V1.5 中获得的新的和经过重组的特性,本文是第一篇。我特别想谈谈泛型类型并重点讲述在 Tiger 中为了支持它们而进行的更改和调整。 在许多方面,Tiger 肯定是迄今为止在 Java 编程方面(包括对源语言语法的重大扩展)所取得的最大进步。Tiger 中计划进行的最显著的变化是添加泛型类型,正如在 JSR-14 原型编译器中所预先展示的那样(您可以立即免费下载该编译器;请参阅 参考资料)。 让我们从介绍泛型类型是什么以及添加了什么特性来支持它们开始吧。 为理解泛型类型为何如此有用,我们要将注意力转向 Java 语言中最容易引发错误的因素之一 - 需要不断地将表达式向下类型转换(downcast)为比其静态类型更为具体的数据类型(请参阅 参考资料中的“The Double Descent bug pattern”,以了解进行数据类型转换时,可能会碰到的麻烦的某些方面)。 程序中的每个向下类型转换对于 在 Java 语言中进行向下类型转换最常见的原因在于,经常以专用的方式来使用类,这限制了方法调用所返回的参数可能的运行时类型。例如,假定往 但是在目前现有的 Java 语言版本中,不可能将散列表的特定键和元素声明为比
因此,当我们从类
请注意
要消除如上所述的数据类型转换,有一种普遍的方法,就是用 泛型类型来增大 Java 类型系统。可以将泛型类型看作是类型“函数”;它们通过类型变量进行参数化,这些类型变量可以根据上下文用各种类型参数进行 实例化。 例如,与简单地定义类
然后可以引用这些类型参数,就像我们在类定义主体内引用普通类型那样,如下所示:
类型参数的作用域就是相应类定义的主体部分(除了静态成员之外)(在下一篇文章中,我们将讨论为何 Tiger 实现中有这样的“怪习”,即必须对静态成员进行此项限制。请留意!)。 创建一个新的
现在不再需要数据类型转换了。请注意用来实例化泛型类
当然,程序员若只是为了能使用泛型类型而必须重新定义所有的标准实用程序类(比如
Tiger 中类型变量的限制之一就是,它们必须用引用类型进行实例化 - 基本类型不起作用。因此,在上面这个示例中,无法完成创建从 这很遗憾,因为这意味着只要您想把基本类型用作泛型类型的参数,您就必须把它们组装为对象。另一方面,当前的这种情况是最糟的;您不能将 我们真正想看到的是,基本类型可以自动进行包装(boxing)和解包装(unboxing),类似于用 C# 所进行的操作(或者比后者更好)。遗憾的是,Tiger 不打算包括基本类型的自动包装(但是人们可以一直期待 Java 1.6 中出现该功能!)。
有时我们想限制可能出现的泛型类的类型实例化。在上面这个示例中,类 例如,我们可能想定义泛型 有时我们想用 getter 检索被包含的
当然,我们可以完全不使用显式的范围,只要能确保没有用不适当的类型来实例化类型参数。 为什么要自找麻烦在类型参数上设定范围呢?这里有两个原因。首先,范围使我们增加了静态类型检查功能。有了静态类型检查,就能保证泛型类型的每次实例化都符合所设定的范围。 其次,因为我们知道类型参数的每次实例化都是这个范围之内的子类,所以可以放心地调用类型参数实例出现在这个范围之内的任何方法。如果没有对参数设定显式的范围,那么缺省情况下范围是
除了用类型参数对类进行参数化之外,用类型参数对方法进行参数化往往也同样很有用。泛型 Java 编程用语中,用类型进行参数化的方法被称为 多态方法(Polymorphic method)。 多态方法之所以有用,是因为有时候,在一些我们想执行的操作中,参数与返回值之间的类型相关性原本就是泛型的,但是这个泛型性质不依赖于任何类级的类型信息,而且对于各个方法调用都不相同。 例如,假定想将 但是我们确实希望该类型变量
除了多态方法中所增加的灵活性之外,Tiger 中还增加了一个优点。Tiger 使用类型推断机制,根据参数类型来自动推断出多态方法的类型。这可以大大减少方法调用的繁琐和复杂性。例如,如果想调用
然后会自动地从方法参数中推断出类型参数的实例化。
正如我们所见到的那样,在 Java 语言中添加泛型类型肯定会大大增强我们使用静态类型系统的能力。学习如何使用泛型类型相当简单,但是同样也需要避免一些缺陷。在接下来的文章中,我们将讨论如何充分使用将出现在 Tiger 中的泛型类型的特定表现,以及一些缺陷。我们还将研究对泛型 Java 类型工具的扩展,我们期盼这些工具可以出现在仍处于设计阶段的 Java 平台之中。
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