Java泛型学习笔记--Java泛型和C#泛型比较学习（一）
总结Java的泛型前，先简单的介绍下C#的泛型，通过对比，比较学习Java泛型的目的和设计意图。C#泛型是C#语言2.0和通用语言运行时（CLR）同时支持的一个特性（这一点是导致C#泛型和Java泛型区别的最大原因，后面会介绍）。C#泛型在.NET CLR支持为.NET框架引入参数化变量支持。C#泛型更类似C++模板，可以理解，C#泛型实际上可以理解为类的模板类。我们通过代码实例来看C# 2.0泛型解决的问题，首先，我们通过一个没有泛型的迭代器的代码示例说起，代码实现如下：
interface IEnumerable
{
void Add(Object x);
IEnumerator GetEnumerator();
}
interface IEnumerator
{
Object Next();
bool HasNext();
}
class NoSuchElementException : ArgumentException { }
class LinkedList : IEnumerable
{
private class Node
{
public Object Data { get; set; }
public Node Next { get; set; }
public Node(Object data)
{
this.Data = data;
}
} class DataEnumerator : IEnumerator
{
public DataEnumerator(Node ptr)
{
this.head = ptr;
}
private Node head;
public object Next()
{
if (head != null)
{
Object data = head.Data;
head = head.Next;
return data;
}
else
{
throw new NoSuchElementException();
}
}
public bool HasNext()
{
return head != null;
}
}
private Node head = null, tail = null;
public void Add(Object data)
{
if (head == null)
{
head = new Node(data);
tail = head;
}
else
{
tail.Next = new Node(data);
tail = tail.Next;
}
}
public IEnumerator GetEnumerator()
{
return new DataEnumerator(head);
}
}
通过以上C#代码对迭代器的实现，我们发现代码至少存在以下几个问题：
- 如果我不想在对LinkedList集合对象存储的时候发生装箱拆箱的性能损失，只是对特点类型的元素集合进行操作。如：我们LinkedList存储了100w的整数，用LinkedList存储的时候，每次都把整数 转出 Object，相当于在堆内存中对数字进行了100w次打包，其中的性能损失我们不能不考虑。我们考虑性能的话，我们可以修改LinkedList的实现，将内嵌类Node的Data数据类型改为int类型，修改后的实现如下：
interface IEnumerable
{
void Add(int x);
IEnumerator GetEnumerator();
} interface IEnumerator
{
int Next();
bool HasNext();
}
class NoSuchElementException : ArgumentException { }
class LinkedList : IEnumerable
{
private class Node
{
public int Data { get; set; }
public Node Next { get; set; }
public Node(int data)
{
this.Data = data;
}
}
class DataEnumerator : IEnumerator
{
public DataEnumerator(Node ptr)
{
this.head = ptr;
}
private Node head;
public int Next()
{
if (head != null)
{
int data = head.Data;
head = head.Next;
return data;
}
else
{
throw new NoSuchElementException();
}
} public bool HasNext()
{
return head != null;
}
}
private Node head = null, tail = null;
public void Add(int data)
{
if (head == null)
{
head = new Node(data);
tail = head;
}
else
{
tail.Next = new Node(data);
tail = tail.Next;
}
}
public IEnumerator GetEnumerator()
{
return new DataEnumerator(head);
}
}用LinkedList存储整数虽然没有问题了，但是下一次我们需要用LinkedList存储100w的字符的话，我们还要修改LinkedList的实现。分析我们的代码实现我们会发现，当我们存储不同的数据结构的时候，我们大部分代码都是相同的，只是LinkedList存储的数据类型不一样。
- LinkedList linkedList = new LinkedList（）,linkedList集合存储的都是Object类型的元素，对集合进行操作的时候，如果对集合存储的代码调用时元素类型信息无法直接确定，无法判断集合存储的具体类型。例如，我们有如下代码的调用：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
LinkedList list = new LinkedList();
list.Add(new A());
list.Add(new B()); IEnumerator e = list.GetEnumerator();
while (e.HasNext())
{
B b = e.Next() as B; //此处类型转换，当转换不成功时候，捕获异常，返回类型为空
if(b != null)
b.MethodB();
}
}
}
class A
{
public void MethodA()
{
Console.WriteLine("Invoke MethodA");
}
}
class B:A
{
public void MethodB()
{
Console.WriteLine("Invoke MethodA");
}
}以上代码在调用 B b = e.Next() as B 语句的时候，此处类型转换，当转换不成功时候，捕获异常，返回类型为空。
- LinkedList集合对象在存储元素的时候，对元素进行隐式类型转换（子类转换成Object类型）或者（值类型发生装箱操作）。
下面我们通过C#2.0开始支持的泛型来解决了以上的问题，泛型化修改后的代码如下：
interface IEnumerable<T>
{
void Add(T x);
IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
interface IEnumerator<T>
{
T Next();
bool HasNext();
}
class NoSuchElementException<T> : ArgumentException { }
class LinkedList<T> : IEnumerable<T>
{
private class Node
{
public T Data { get; private set; }
public Node Next { get; set; }
public Node(T data)
{
this.Data = data;
}
}
class DataEnumerator : IEnumerator<T>
{
public DataEnumerator(Node ptr)
{
this.head = ptr;
} private Node head;
public T Next()
{
if (head != null)
{
T data = head.Data;
head = head.Next;
return data;
}
else
{
throw new NoSuchElementException<T>();
}
}
public bool HasNext()
{
return head != null;
}
} private Node head = null, tail = null;
public void Add(T data)
{
if (head == null)
{
head = new Node(data);
tail = head;
}
else
{
tail.Next = new Node(data);
tail = tail.Next;
}
}
public IEnumerator<T> GetEnumerator()
{
return new DataEnumerator(head);
}
}
通过以上对C#泛型分析，简单总结下C#引入，在我看来至少解决了三个问题：
- 封装和复用通用代码逻辑；
- 增强了编译期类型检查，减少了运行时发生InvalidCastException异常的几率；
- 解决集合操作时候的装箱和拆箱的效率问题。
简答介绍了C#泛型引入解决的问题后，下面我们开始介绍今天的主角—Java泛型。我们会对比以上三个问题来对比分析Java引入泛型所解决的问题。下面同样来一段Java实现的迭代器的实现的代码，如下：
interface Collection {
public void add (Object x);
public Iterator iterator ();
}
interface Iterator {
public Object next ();
public boolean hasNext ();
}
class NoSuchElementException extends RuntimeException {}
class LinkedList implements Collection {
protected class Node {
Object elt;
Node next = null;
Node (Object elt) { this.elt = elt; }
}
protected Node head = null, tail = null;
public LinkedList () {}
public void add (Object elt) {
if (head == null) { head = new Node(elt); tail = head; }
else { tail.next = new Node(elt); tail = tail.next; }
}
public Iterator iterator () {
return new Iterator () {
protected Node ptr = head;
public boolean hasNext () { return ptr != null; }
public Object next () {
if (ptr != null) {
Object elt = ptr.elt; ptr = ptr.next; return elt;
} else throw new NoSuchElementException ();
}
};
}
}
对比C#和Java的迭代器实现，不得不说Java的迭代器实现看起来更优雅。Java对内部类的支持，让Java在类型实现上更灵活多样。下面我们来看看Java泛型迭代器的实现如下：
interface Collection<A> {
public void add(A x);
public Iterator<A> iterator();
}
interface Iterator<A> {
public A next();
public boolean hasNext();
}
class NoSuchElementException extends RuntimeException {}
class LinkedList<A> implements Collection<A> {
protected class Node {
A elt;
Node next = null;
Node (A elt) { this.elt = elt; }
}
protected Node head = null, tail = null;
public LinkedList () {}
public void add (A elt) {
if (head == null) { head = new Node(elt); tail = head; }
else { tail.next = new Node(elt); tail = tail.next; }
}
public Iterator<A> iterator () {
return new Iterator<A> () {
protected Node ptr = head;
public boolean hasNext () { return ptr != null; }
public A next () {
if (ptr != null) {
A elt = ptr.elt; ptr = ptr.next; return elt;
} else throw new NoSuchElementException ();
}
};
}
}
通过以上的代码的实现，我们可能觉得Java泛型和C#都能很好解决以上三个问题。看过下面的一段代码之后，可能你对Java泛型的会有不同的认识，代码如下：
public class Program {
public static void main(String[] args) {
Class<?> c1 = new ArrayList<String>().getClass();
Class<?> c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
if(c1 == c2)
{
System.out.println("类型相同");
}
}
}
//类型相同
按C#对泛型的理解，泛型实质就是类的模板。我们认为很容易知道类ArrayList<String>和ArrayList<Integer>应该是不同的类型。但是上面的代码输出结果，Java运行结果判断ArrayList<String>和ArrayList<Integer>是相同的类型。
我们马上会有疑问，在运行状态，我们的泛型参数类型信息哪去了？我们的泛型怎么了?对java泛型有一定了解的同学马上就知道，在运行状态，我们无法获取泛型的参数信息。Java的泛型不是真正的泛型，只是编译器的泛型，不是运行时的泛型。关于为什么会这样设计，我们就需要去追溯java的历史。
Java泛型历史
Java泛型是Java 1.5开始加入的语言特性，在Java 1.5之前很长一段时间，Java程序已经在我们身边的个人设备中运行。为了支持泛型出现以前的运行在Java开发的软件中的各种库，Java语言的设计师采取一种折中的方案，Java泛型不仅能向后兼容，而且保证现有的代码和类文件也合法，仍然保持原来的意思。
Java泛型实现机制
Java泛型为了向前兼容，采取运行期类型擦出泛型参数的方式来实现。这就意味着，你在使用泛型的时候，任何具体的类型都已经被擦除。因此，以上的ArrayList<String>和ArrayList<Integer>实际上都恢复到他们的原生类型List，是同一种类型。正确理解Java泛型的类型擦除，能帮我们理解Java泛型中的很多奇怪特性。今天关于泛型就先写到这里，下一节开始介绍Java泛型的类型的擦除机制引起的很多奇怪泛型特性、Java泛型设计做出的一些弥补。
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