泛型和反射

廖雪峰
资深软件开发工程师，业余马拉松选手。

Java的部分反射API也是泛型。例如：Class<T>就是泛型：

// compile warning:
Class clazz = String.class;
String str = (String) clazz.newInstance();

// no warning:
Class<String> clazz = String.class;
String str = clazz.newInstance();

调用Class的getSuperclass()方法返回的Class类型是Class<? super T>：

Class<? super String> sup = String.class.getSuperclass();

构造方法Constructor<T>也是泛型：

Class<Integer> clazz = Integer.class;
Constructor<Integer> cons = clazz.getConstructor(int.class);
Integer i = cons.newInstance(123);

我们可以声明带泛型的数组，但不能用new操作符创建带泛型的数组：

Pair<String>[] ps = null; // ok
Pair<String>[] ps = new Pair<String>[2]; // compile error!

必须通过强制转型实现带泛型的数组：

@SuppressWarnings("unchecked")
Pair<String>[] ps = (Pair<String>[]) new Pair[2];

使用泛型数组要特别小心，因为数组实际上在运行期没有泛型，编译器可以强制检查变量ps，因为它的类型是泛型数组。但是，编译器不会检查变量arr，因为它不是泛型数组。因为这两个变量实际上指向同一个数组，所以，操作arr可能导致从ps获取元素时报错，例如，以下代码演示了不安全地使用带泛型的数组：

Pair[] arr = new Pair[2];
Pair<String>[] ps = (Pair<String>[]) arr;

ps[0] = new Pair<String>("a", "b");
arr[1] = new Pair<Integer>(1, 2);

// ClassCastException:
Pair<String> p = ps[1];
String s = p.getFirst();

要安全地使用泛型数组，必须扔掉arr的引用：

@SuppressWarnings("unchecked")
Pair<String>[] ps = (Pair<String>[]) new Pair[2];

上面的代码中，由于拿不到原始数组的引用，就只能对泛型数组ps进行操作，这种操作就是安全的。

带泛型的数组实际上是编译器的类型擦除：

Pair[] arr = new Pair[2];
Pair<String>[] ps = (Pair<String>[]) arr;

System.out.println(ps.getClass() == Pair[].class); // true

String s1 = (String) arr[0].getFirst();
String s2 = ps[0].getFirst();

所以我们不能直接创建泛型数组T[]，因为擦拭后代码变为Object[]：

// compile error:
public class Abc<T> {
    T[] createArray() {
        return new T[5];
    }
}

必须借助Class<T>来创建泛型数组：

T[] createArray(Class<T> cls) {
    return (T[]) Array.newInstance(cls, 5);
}

我们还可以利用可变参数创建泛型数组T[]：

public class ArrayHelper {
    @SafeVarargs
    static <T> T[] asArray(T... objs) {
        return objs;
    }
}

String[] ss = ArrayHelper.asArray("a", "b", "c");
Integer[] ns = ArrayHelper.asArray(1, 2, 3);

谨慎使用泛型可变参数

在上面的例子中，我们看到，通过：

static <T> T[] asArray(T... objs) {
    return objs;
}

似乎可以安全地创建一个泛型数组。但实际上，这种方法非常危险。以下代码来自《Effective Java》的示例：

import java.util.Arrays;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = asArray("one", "two", "three");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        // ClassCastException:
        String[] firstTwo = pickTwo("one", "two", "three");
        System.out.println(Arrays.toString(firstTwo));
    }

    static <K> K[] pickTwo(K k1, K k2, K k3) {
        return asArray(k1, k2);
    }

    static <T> T[] asArray(T... objs) {
        return objs;
    }
}

直接调用asArray(T...)似乎没有问题，但是在另一个方法中，我们返回一个泛型数组就会产生ClassCastException，原因还是因为擦拭法，在pickTwo()方法内部，编译器无法检测K[]的正确类型，因此返回了Object[]。

如果仔细观察，可以发现编译器对所有可变泛型参数都会发出警告，除非确认完全没有问题，才可以用@SafeVarargs消除警告。

更详细的解释请参考《Effective Java》“Item 32: Combine generics and varargs judiciously”。

小结

部分反射API是泛型，例如：Class<T>，Constructor<T>；

可以声明带泛型的数组，但不能直接创建带泛型的数组，必须强制转型；

可以通过Array.newInstance(Class<T>, int)创建T[]数组，需要强制转型；

同时使用泛型和可变参数时需要特别小心。