Effective Java笔记（29）优先考虑泛型

news2024/9/25 21:23:28

一般来说，将集合声明参数化，以及使用 JDK 所提供的泛型方法，这些都不太困难。编写自己的泛型会比较困难一些，但是值得花些时间去学习如何编写。

以简单的（玩具）堆校实现为例：

// Object -based collection - a prime candidate for generics
public class Stack
{
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(0bject e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public object pop() {
        if (size == 0)
            throw new EmptyStackException();
        Object result = elements[--size];
        elements[size] = null; // Eliminate obsolete reference
        return result;
    }
    public boolean isEmpty () {
        return size == 0;
    }
    private void ensureCapacity () {
        if (elements.length == size)
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
    }
}

这个类应该先被参数化，但是它没有，我们可以在后面将它泛型化（ generify ）。换句话说，可以将它参数化，而又不破坏原来非参数化版本的客户端代码。也就是说，客户端必须转换从堆楼里弹出的对象，以及可能在运行时失败的那些转换。将类泛型化的第一步是在它的声明中添加一个或者多个类型参数。在这个例子中有一个类型参数，它表示堆桔的元素类型，这个参数的名称通常为 E 。

下一步是用相应的类型参数替换所有的 Object 类型，然后试着编译最终的程序：

public class Stack<E> {
    private E[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    public Stack() {
        elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY] ;
    }
    public void push(E e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }
    public E pop( {
        if (size == 0)
            throw new EmptyStackException();
        E result = elements[--size];
        elements[size] = null; // Eliminate obsolete reference
        return result;
    }
    ...// no changes in isEmpty or ensureCapacity
}

通常，你将至少得到一个错误提示或警告，这个类也不例外。幸运的是，这个类只产生一个错误，内容如下：

你不能创建不可具体化的（ non-reifiable ）类型的数组，如 E 。每当编写用数组支持的泛型时，都会出现这个问题。解决这个问题有两种方法。第一种，直接绕过创建泛型数组的禁令：创建一个 Object 的数组，并将它转换成泛型数组类型。现在错误是消除了，但是编译器会产生一条警告。这种用法是合法的，但（整体上而言）不是类型安全的：

编译器不可能证明你的程序是类型安全的，但是你可以。你自己必须确保未受检的转换不会危及程序的类型安全性。相关的数组（即 elements 变量）保存在一个私有的域中，永远不会被返回到客户端，或者传给任何其他方法。这个数组中保存的唯一元素，是传给push 方法的那些元素，它们的类型为 E ，因此未受检的转换不会有任何危害。

一旦你证明了未受检的转换是安全的，就要在尽可能小的范围中禁止警告。在这种情况下，构造器只包含未受检的数组创建，因此可以在整个构造器中禁止这条警告。通过增加一条注解＠SuppressWarnings 来完成禁止，Stack 能够正确无误地进行编译，你就可以使用它了，无须显式的转换，也无须担心会出现 ClassCastException 异常：

@SuppressWarnings ("unchecked")
public Stack() {
    elements = (E[]) new Object [DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}

消除 Stack 中泛型数组创建错误的第二种方法是，将 elements 域的类型从 E ［］改为 Object［］。这么做会得到一条不同的错误：

通过把从数组中获取到的元素由 Object 转换成 E ，可以将这条错误变成一条警告：

由于 E 是一个不可具体化的（ non -reifiable ）类型，编译器无法在运行时检验转换。你还是可以自己证实未受检的转换是安全的，因此可以禁止该警告。我们只要在包含未受检转换的任务上禁止警告，而不是在整个 pop 方法上禁止就可以了，方法如下：

public E pop() {
    if(size==0)
        throw new EmptyStackException();
    // push requires elements to be of type E, so cast is correct
    @SuppressWarnings ("unchecked") E result =
        (E) elements[--size];
    elements[size] = null; // Eliminate obsolete reference
    return result;
}

这两种消除泛型数组创建的方法，各有所长。第一种方法的可读性更强：数组被声明为 E ［］类型清楚地表明它只包含 E 实例。它也更加简洁：在一个典型的泛型类中，可以在代码中的多个地方读取到该数组；第一种方法只需要转换一次（创建数组的时候），而第二种方法则是每次读取一个数组元素时都需要转换一次。因此，第一种方法优先，在实践中也更常用。但是，它会导致堆污染（ heap pollution ），详见第 32 条：数组的运行时类型与它的编译时类型不匹配（除非 E 正好是 Object ）。这使得有些程序员会觉得很不舒服，因而选择第二种方案，虽然堆污染在这种情况下并没有什么危害。

下面的程序示范了泛型 Stack 类的使用方法。程序以倒序的方式打印出它的命令行参数，并转换成大写字母。如果要在从堆战中弹出的元素上调用 String 的 toUpperCase方法，并不需要显式的转换，并且确保自动生成的转换会成功：

public static void main(String[] args) {
    Stack<String> stack = new Stack<>();
    for (String arg : args)
        stack.push(arg);
    while (!stack.isEmpty())
        System.out.println(stack.pop().toUpperCase();
}

看来上述的示例与第 28 条相矛盾了，第 28 条鼓励优先使用列表而非数组。实际上不可能总是或者总想在泛型中使用列表。Java 并不是生来就支持列表，因此有些泛型如 ArrayList,必须在数组上实现。为了提升性能，其他泛型如 HashMap 也在数组上实现。

总而言之，使用泛型比使用需要在客户端代码中进行转换的类型来得更加安全，也更加容易。在设计新类型的时候，要确保它们不需要这种转换就可以使用。这通常意味着要把类做成是泛型的。只要时间允许，就把现有的类型都泛型化。这对于这些类型的新用户来说会变得更加轻松，又不会破坏现有的客户端。

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