Kotlin 泛型 VS Java 泛型

建议先阅读我的上一篇文章 –Java 泛型

和 Java 泛型一样,Kotlin 泛型也是 Kotlin 语言中较难理解的一个部分。Kotlin 泛型的本质也是参数化类型,并且提供了编译时强类型检查,实际上也是伪泛型,和 Java 泛型类型一样。这篇文章将介绍 Kotlin 泛型里中的重要概念,以及与 Java 泛型的对比。

1. 泛型类型与泛型函数

Kotlin 下泛型类型与泛型函数的写法,与 Java 差不多,直接看下面的例子:

// 泛型类型
class Box<T>{
    var t: T? = null
}

// 泛型函数,类型参数在函数名之前
object Util {
    fun <K, V>compare(p1:Pair<K, V>, p2:Pair<K, V>): Boolean {
         return p1.first == p1.first && p2.second == p2.second
    }
}

Kotlin 中泛型的类型参数如果可以推断出来,例如从构造函数的参数或者其他途径,允许省略类型参数:

val p1 = Pair(1, "1")
val p2 = Pair(2, "2")
Util.compare(p1, p2)

通过 Tools -> Kotlin -> Show Kotlin Bytecode, 然后点击字节码上面的 Decompile 出 Java 代码可以看出与 Java 泛型的原理是一样的,都进行了类型擦除。

2. 泛型约束

Java 中可以通过有界类型参数来限制参数类型的边界,Kotlin 下泛型约束也可以限制参数类型的上界:

fun <T: Comparable<T>>compare(t1:T, t2:T) = t1.compareTo(t2)

默认的上界是 Any?
,是可空类型,如果确定为非空类型的话,应该使用 <T: Any>

泛型约束中的尖括号中只能指定一个上界,如果需要多个上界,需要一个单独的 where 子句:

fun <T>cloneWhenGreater(list:List<T>, threshold:T): List<Any>
        where T : Comparable<T>,
              T : CharSequence {
    return list.filter { it > threshold }
}

3. 使用处型变:类型投影

在 Java 泛型的通配符中有一个“Producer Extends, Consumer Super”原则,简称 PECS 原则:只读类型使用上界通配符 ? extends T
,只写类型使用下界通配符 ? super T
。Kotlin 中提供了类似功能的两个操作符 out
in
,分别生产和消费。

先看 _Collection.kt
中一个扩展函数:

public operator fun <T>Collection<T>.plus(elements:Array<outT>): List<T>

// list 为 ArrayList<Number> 类型
val list = arrayListOf<Number>(1, 2, 3)
// array 为 Array<Float> 类型
val array = arrayOf(1f, 2f)
val list1: List<Number> = list.plus(array)

所以 Array<out T>
相当于 Java 中的 Array<? extends T>
,而 Array<in T>
相当于 Java 中的 Array<? super T>
,out 表示生产,用于只读类型,in 表示消费,用于只写类型。

类型投影和 Java 的上界通配符和下界通配符一样,只能用于参数、属性、局部变量或返回值的类型,但是不能用于泛型类型和泛型函数声明的类型,所以称之使用处型变。

4. 声明处型变

与 Java 有界通配符不能用于泛型声明时使用不同的是,Kotlin 中 out
in
两个型变注解还可以用于泛型声明时,更加灵活。下面通过 Java 和 Kotlin 中对 Collection 的定义来分析:

// Java 中 Collection 的定义,元素是可读写的
public interface Collection<E>extends Iterable<E>{ ... }
public interface List<E>extends Collection<E>{ ... }

// Collections 的 copy 方法
public static <T> void copy(List<?super T> dest, List<? extends T> src){ ... }

// 但是下面声明在 Java 中是不允许的
public interface IllegalList<?extends T>extends Collection<E>{ ... }

但是 Kotlin 中可以通过声明处型变(型变的概念在后面会详细解释)定义只读的集合:

// A generic collection of elements. Methods in this interface support only read-only access to the collection
public interface Collection<out E> :Iterable<E>

// A generic collection of elements that supports adding and removing elements.
public interface MutableCollection<E> :Collection<E>,MutableIterable<E>

Collection<out E>
使得 Collection 里面的元素是只读的,也使得 Collection<Number>
Collection<Int>
的父类,在 Kotlin 中称 Collection 的元素类型是协变的。对于协变的类型,通常不允许泛型类型作为函数的传入参数。

in
型变注解可以使得元素类型是逆变的,只能被消费,与协变相反,通常不允许泛型类型作为函数的返回值,看 Comparable
的定义:

public interface Comparable<in T>{
    public operator fun compareTo(other:T): Int
}

fun demo(x:Comparable<Number>) {
    // 1.0 类型为 Double,是 Number 的子类型
    x.compareTo(1.0)
    // 因为 Comparable 只能被消费,所以可以赋值给 Comoparable<Double> 的变量
    val y: Comparable<Double> = x
}

4.1 UnsafeVariance 注解

上面提到过对于协变的类型,通常不允许泛型类型作为函数的传入参数,对于逆变类型,通常不允许泛型类型作为函数的返回值,但是有时我们可以通过 @UnsafeVariance
注解告诉 Kotlin 编译器:“我保证不会干坏事”,例如 Collection 的 contains 函数:

public interface Collection<out E> :Iterable<E>{
    ...
    public operator fun contains(element: @UnsafeVarianceE): Boolean
    ...
}

5. 星投影

使用泛型的过程中,如果参数类型未知时,在 Java 中可以使用原始类型(Raw Types),但是 Java 的原始类型是类型不安全的:

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(5);

ArrayList unkownList = list;
Object first = unkownList.get(0);
unkownList.add(1);  // warning: Unchecked call to 'add(E)'
unkownList.add("1"); // warning: Unchecked call to 'add(E)'

而在 Kotlin 中,在参数类型未知时,可以用星投影来安全的使用泛型:

val list = ArrayList<Int>(5)
val unkownList: ArrayList<*> = list
val first: Any = unkownList[0]
unkownList.add(1)  // error
unkownList.add("1") // error

对于 ArrayList<*>
来说,因为不知道具体的参数类型,对于 add(e E)
这种不安全的操作,Kotlin 编译器会直接报错,比 Java 的原始类型更安全。

Kotlin 中具体的星投影语法如下:

  • 对于 Foo<out T>
    ,其中 T
    是一个具有上界 TUpper
    的协变类型参数, Foo<*>
    等价于 Foo<out TUpper>
    。这意味着当 T
    未知时,你可以安全地从 Foo<*>
    读取 TUpper
    的值。

  • 对于 Foo<in T>
    ,其中 T
    是一个逆变类型参数, Foo<*>
    等价于 Foo<in Nothing>
    。这意味着当 T
    未知时,没有什么可以以安全的方式写入 Foo<*>

  • 对于 Foo<T>
    ,其中 T
    是一个具有 TUpper
    的不型变类型参数, Foo<*>
    对于读取值时等价于 Foo<out TUpper>
    ,而对于写值时等价于 Foo<in Nothing>

如果泛型类型具有多个类型参数,则每个类型参数都可以单独投影。例如,如果类型被声明为 interface Function<in T, out U>
,我们可以想象以下星投影:

  • Function<*, String>
    表示 Function<in Nothing, String>

  • Function<Int, *>
    表示 Function<Int, out Any?>

  • Function<*, *>
    表示 Function<in Nothing, out Any?>

6. 型变的概念

在上面提到过使用处型变和声明处型变,那具体型变指什么呢?型变:是否允许对参数类型进行子类型转换。例如在 Java 中 List<Integer>
List<Number>
没有直接的类型关系,就是说 Java 中的泛型是不可以直接型变的。

为了提高代码的灵活性,Java 中可以通配符在使用时实现型变,例如 void addNumbers(List<? super Number> list)
方法中可以传 List<Integer>
List<Integer>
List<? super Number>
的子类型,而 Integer 也是 Number 的子类型,这也称之为协变。另外, List<Number>
List<? super Integer>
的子类型,和 Integer 与 Number 之间的类型关系相反,称之为逆变。

Kotlin 中 out
in
操作符可以更简洁地实现 Java 的使用处型变,而且还支持声明处型变,这也使得 Kotlin 中的泛型是可以直接型变的。

Kotlin 下协变: interface List<out E>
List<Int>
List<Number>
的子类型。

Kotlin 下逆变: interface Comparable<in T>
Comparable<Double>
Comparable<Number>
的父类型。

7. 具体化的类型参数

Kotlin 与 Java 中泛型都会进行类型擦除,泛型的具体类型在运行时是未知的,例如在解析 json 字符串时:

public <T> TfromJson(String json, Class<T> classOfT)throws JsonSyntaxException { ... }

还必须传泛型的 Class 类型,不能直接使用 T.class
获取类型,除非使用反射。

而在 Kotlin 中可以使用 reified
修饰符将内联函数的泛型类型当作具体的类型来使用,不需要再额外传一个 class 对象:

inline fun <reified T> Gson.fromJson(json: String): T? {
    return fromJson(json, T::class.java)
}

对于具体化的类型参数,可以当做一个普通的类型一样, as
!as
操作符也可以使用。因为 Kotlin 编译器会把内联函数的代码插入到调用者的地方,所以可以在编译期就确定泛型的类型。需要注意的是,Kotlin 中的 reified
的内联函数不能被 Java 代码调用。

8. 小结

回顾 Kotlin 和 Java 中的泛型,Kotlin 泛型扩展了 Java 中的泛型,添加了使用处型变和更安全的星投影,还支持具体化的类型参数。我整理了下面表格对比两者:

Java 泛型 Java 中代码示例 Kotlin 中代码示例 Kotlin 泛型
泛型类型 class Box<T> class Box<T> 泛型类型
泛型方法 <K, V> boolean method(Pair<K, V> p) fun <K, V> function(p: Pair<K, V>) 泛型函数
有界类型参数 class Box<T extends Comparable<T> class Box<T : Comparable<T>> 泛型约束
上界通配符 void sumOfList(List<? extends Number> list) fun sumOfList(list: List<out Number>) 使用处协变
下界通配符 void addNumbers(List<? super Integer> list) fun addNumbers(list: List<in Int>) 使用处逆变
interface Collection<out E> : Iterable<E> 声明处协变
interface Comparable<in T> 声明处逆变
原始类型 ArrayList unkownList = new ArrayList<String>(5) val unkownList: ArrayList<*> = ArrayList<Int>(5) 星投影

总的来说,Kotlin 泛型更加简洁安全,但是和 Java 一样都是有类型擦除的,都属于编译时泛型。

原文 

http://johnnyshieh.me/posts/kotlin-generic/

本站部分文章源于互联网,本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供。如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。

PS:推荐一个微信公众号: askHarries 或者qq群:474807195,里面会分享一些资深架构师录制的视频录像:有Spring,MyBatis,Netty源码分析,高并发、高性能、分布式、微服务架构的原理,JVM性能优化这些成为架构师必备的知识体系。还能领取免费的学习资源,目前受益良多

转载请注明原文出处:Harries Blog™ » Kotlin 泛型 VS Java 泛型

赞 (0)
分享到:更多 ()

评论 0

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址