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Kotlin刨根问底(三):你真的懂泛型,会用吗?

Kotlin刨根问底(三):你真的懂泛型,会用吗?

本文灵感来源:群友提出泛型相关的问题,感觉很多人对泛型并不是很了解~
Kotlin中的泛型和Java中的泛型其实大同小异,只是语法稍微有些不同。
大部分内容摘取自:《Kotlin实用指南》,感兴趣的可以订阅一波 ~


0x1、要点提炼


  • 什么是泛型 →「将确定不变的类型参数化,保证集合中存储元素都是同一种
  • 泛型的好处 →「编译期类型安全检查」和「消除强类型转换,提高可读性
  • Java中泛型的使用泛型类泛型接口泛型方法
  • Java假泛型实现原理 →「类型擦除(Type Erasure)」只存在与编译期,进JVM前会擦除类型
  • Java有界泛型类型限制允许实例化的泛型类型,「extends 父类型
  • Java通配符<T>与<?>的区别(定义-形参实例化-实参)
  • 上边界通配符<? extends 父类型>父类型未知,只能读不能写,协变
  • 下边界通配符<? super 子类型>子类型未知,只能写不能读,逆变
  • 无限定通配符<?>,等价于<? extends Object>,类型完全未知,只能读不能写,不变
  • Kotlin中的型变 →「声明处型变out(协变)与in(逆变)类型映射<*>
  • Kotlin获取泛型类型匿名内部类反射实例化类型参数代替类引用内联函数

0x2、什么是泛型



0x3、Java中泛型的使用


泛型可用于类、接口和方法的创建,对应:泛型类泛型接口泛型方法,代码示例如下:

注意事项

  • 1、泛型的参数只能是「类类型」,不能是简单数据类型(int, float等);
  • 2、泛型可以有多个泛型参数

Tips泛型类型的命名不是必须为T,也可以使用其他「单个大写字母」,没有强制的命名规范,但为了便于阅读,有一些约定成俗的命名规范:

  • 通用泛型类型:T,S,U,V
  • 集合元素泛型类型:E
  • 映射键-值泛型类型:K,V
  • 数值泛型类型:N

0x4、Java假泛型实现原理


和C#中的泛型不同,Java和Kotlin中的泛型都是假泛型,实现原理就是「类型擦除(Type Erasure)」。
Java编译器在生成Java字节码中是不包含泛型中的类型信息的,只存在于代码编译阶段,进JVM前会被擦除。
不信?写个简单的代码体验下:

运行结果如下

从输出结果可以看到获得的类型确实被擦除了,此时的「类类型」皆为ArrayList

问 → 那我们定义的泛型类型(Integer, String)到底去哪了?
答 → 被替换成了「原始类型」(字节码中的真正类型)
问 → 那原始类型具体是什么类型?
答 → 「限定类型」,无限定的话都用Object替换。
问 → ???
答 → 且听我娓娓道来~

还是上面的代码,进Java字节码看看(View -> Show Bytecode)

的确,Integer和String都被替换成了Object,那这个「限定类型」呢?写个例子试试:

看下字节码

行吧,此时的「原始类型」为「限定类型」即Animal类。

没限定类型的,都替换成Object类,也使得我们可以通过一些操作,绕过泛型
比如,我们利用「反射」往Integer类型的List插入一个String值是不会报错的:

运行结果如下


0x5、Java有界泛型类型


如果不对泛型类型做限制,泛型类型可实例化为任意类型的话,可能会产生某些安全隐患。为了限制允许实例化的泛型类型,可在泛型类型后追加 extends 父类型,代码示例如下:

有界泛型类型在一定程度上限制了泛型类型,提高了程序的安全性;因为定义了边界,所以可以调用父类或父接口的方法


0x6、Java通配符


Java泛型本身「不变」的,不支持「协变」和「逆变」,是通过通配符(?)来实现的


① <T>与<?>的区别

<T>泛型标识符」用于泛型「定义时」可理解为「形参」;
<?>通配符」用于泛型「实例化时」可理解为「实参」。

代码示例如下

② 各种通配符

  • 上边界通配符<? extends 父类型>
    实例化时可确定为「父类型的未知类型」故「只能读不能写」,从而使得类型是「协变的」。

代码示例如下

  • 下边界通配符:<? super 子类型>
    实例化时可确定为「子类型的未知类型」故「只能写不能读」从而使得类型是「逆变的」。
    (不能读指的是不能按照泛型类型读取)<代码示例如下:

上边界通配符只能读不能写,改为下边界通配符

  • 无限定通配符:<?>
    等同于上边界通配符<? extends Object>,「类型完全未知」故「只能读不能写」从而使得类型是「不变的」。

Tips:看完这里,估计有部分读者还是有点懵逼,这里总结下:

  • 不变 → 子类和父类没关系,正常存取,不用通配符就好,Java集合本身就是不变的;
  • 协变 → A是B的子类型,泛型<A>也是泛型<B>的子类型,只想取,用extends。
  • 逆变 → A是B的子类型,泛型<B>也是泛型<A>的子类型,只想存,用super。
  • PECS法则(Producer Extends,Consumer Super) 参数化类型是一个生产者,则使用:<? extends T> 如果它是一个消费者,则使用<? super T>

0x7、Kotlin中的型变


和Java泛型一样,Kotlin中的泛型也是「不变的」,没有「通配符类型」,但有两个其他的东西:「声明处型变」(declaration-site variance)  与 「类型投影」(type projections)


① 声明处型变


其实就是用「out」和「in」关键字来替换

  • out协变,等同于Java中的<? extends>,能读不能写,代码示例如下:
  • in逆变,等同于Java中的<? super>,能写不能读,代码示例如下:

② 类型投影

其实就是对应Java中的*通配符:

  • Java中<?>等同于<* extends Object>
  • Kotlin中<*>等同于out Any

0x7、Kotlin获取泛型类型


在Kotlin中可以通过下述四种方法获取泛型的类型(前两种Java也适用):

① 匿名内部类

原理:匿名内部类的声明在编译时进行,实例化在运行时进行代码示例如下

② 反射

获取运行时泛型参数类型,子类可获得父类泛型的具体类型。代码示例如下

③ 实例化类型参数代替类引用

定义一个扩展函数用于启动Activity,代码示例如下:

fun <T: Activity> FragmentActivity.startActivity(context: Context, clazz: Class<T>) {
    startActivity(Intent(context, clazz))
}
// 调用
startActivity(context, MainActivity::class.java)
复制代码

④ 内联函数

Kotlin中使用「inline」关键字定义一个内联函数,配合「reified」具体化(类型不擦除),得到使用泛型类型的Class。修改后的代码示例如下:

inline fun <reified T : Activity> Activity.startActivity(context: Context) {
    startActivity(Intent(context, T::class.java))
}
// 调用
startActivity<MainActivity>(context)
复制代码


参考文献


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