.NET中的泛型和Java泛型中的类型擦除

开放类型和闭合类型

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.NET把带有类型参数的类型看做一个新的类型,CLR将为这些类型创建内部类型对象,带有类型参数的类型可以是类,结构,接口和委托。但是,一个带有类型参数的类型称为开放类型,CLR不允许开放类型实例化(就好比不允许接口实例化一样)。

当代码中引用了泛型类型,代码里可以指定一组泛型类型参数。如果传入实际的数据类型,那么这个类型就成为闭合类型,CLR允许实例化闭合类型。然而,也有可能代码引用了泛型类型,但未指定泛型类型参数,这就在CLR中创建了一个新的开放类型,这种类型无法实例化,看一个例子。

  1. internal sealed class DictionaryStringKey :Dictionary 
  2.         { 
  3.         } 
  4.         static void Main(string[] args) 
  5.         { 
  6.             Object o = null; 
  7.             // Dictionary<,> 有2个类型参数的开放类型 
  8.             Type t = typeof(Dictionary<,>); 
  9.             // 创建实例会失败 
  10.             o = CreateInstance(t); 
  11.             Console.WriteLine(); 
  12.             // DictionaryStringKey<>有一个类型参数的开发类型 
  13.             t = typeof(DictionaryStringKey<>); 
  14.             // 创建该类型的实例也会失败 
  15.             o = CreateInstance(t); 
  16.             Console.WriteLine(); 
  17.             // DictionaryStringKey 是闭合类型 
  18.             t = typeof(DictionaryStringKey); 
  19.             // 创建成功 
  20.             o = CreateInstance(t); 
  21.             // 输出类型名字 
  22.             Console.WriteLine("Object type=" + o.GetType()); 
  23.         } 
  24.         private static Object CreateInstance(Type t) 
  25.         { 
  26.             Object o = null; 
  27.             try 
  28.             { 
  29.                 //使用默认的构造函数来创造该类型的实例 
  30.                 o = Activator.CreateInstance(t); 
  31.                 Console.Write("Created instance of {0}", t.ToString()); 
  32.             } 
  33.             catch (ArgumentException e) 
  34.             { 
  35.                 Console.WriteLine(e.Message); 
  36.             } 
  37.             return o; 
  38.         } 

运行结果:

.NET中的泛型和Java泛型中的类型擦除

Activator.CreateInstance创建实例的时候,会提示你该类型包含泛型参数。

输出中,可以看到类型名称后跟着反引号(`)以及一个数字。这个数字即类型中的类型参数的数量。比如泛型Dictionary类是2,因为它需要2个类型参数来指示TKey和TValue。DictionaryStringKey类只有1个因为它只需要指明1个类型TValue。

.NET中的类型

.net中,除了实例构造器,CLR也支持类型构造器(也称作静态够器,类够在其或者类型初始化器)。类型构造器可以应用于接口(c#中不支持),引用类型(class)和值类型(struct),和实例构造器初始化类型的实例一样,类型构造器用来初始化类型的一些状态,类型的构造器如果有的话 只可能有1个,并且是无参的。可以参考之前的文章。

http://cnn237111.blog.51cto.com/2359144/576533

由于CLR保证了类型初始化器只执行一次,并且是线程安全的,因此类型初始化器适用于用在单例模式中对单例对象的初始化。

类型中的静态字段可以认为是类型的一部分,而类型中的非静态字段可以认为是实例对象的一部分。当JIT编译器把IL语言转换成本地的CPU指令的时候,会遇到很多类型(比如自定义的class),CLR为了能正确的加载包含这些类型的程序集,它会通过程序集的元数据,抽取出类型的信息,然后创建这些类型的数据数据结构。这些数据结构作为对象存放在堆中。堆中所有的对象都有2个成员,类型对象指针和同步块索引。类型中定义的静态字段也包含在数据结构对象中。类的实例对象都共享类型对象中同一个静态字段。如下图:方框中的Manager是类型对象,静态字段存在于类型对象中。实例对象由椭圆框表示,指向类型对象。

.NET中的泛型和Java泛型中的类型擦除

对于.NET泛型来说,每一个闭合类型都有自己的静态字段。也就是说List<>和List中的静态字段是互相独立的。同样的,如果泛型类型定义了一个静态构造器,这些构造器也是按照各自的闭合类型运行。也就是说,List和List有自己独立的静态构造器。

  1. static void Main(string[] args) 
  2.         { 
  3.             bool issame = typeof(List) == typeof(List); 
  4.             Console.WriteLine(issame); 
  5.             object o = Activator.CreateInstance(typeof(List)); 
  6.             Console.WriteLine(o.GetType()); 
  7.             o = Activator.CreateInstance(typeof(List)); 
  8.             Console.WriteLine(o.GetType()); 
  9.         } 

运行结果如下:

.NET中的泛型和Java泛型中的类型擦除

Java泛型中的类型擦除

  经常听人说起Java的泛型是伪泛型,因为在编译或运行期间,java的JIT会对进行类型擦除。即JVM无法真正识别出泛型类型,因此在真正运行前会把泛型类型转换成原始类型。因此,所有的泛型类型,本质上都共享同一个类型对象。比如List类型在擦除后变成非泛型的List,这个List可以存放任何类型的数据。因此,Java在运行的时候,无法获得类型。当然,使用反射也许可以知道,但是并不保证总是能够得到类型。因此在Java代码中,不同的泛型类型其实都是出自相同的类型。例如下面代码:

  1. public static void main(String[] args) throws Exception { 
  2.   List li = new ArrayList(); 
  3.   List lf = new ArrayList(); 
  4.   boolean issame = li.getClass() == lf.getClass(); 
  5.   System.out.println(issame);//true 
  6.   Object o = li.getClass().newInstance(); 
  7.   System.out.println(o.getClass().getName());//java.util.ArrayList 
  8.   o = lf.getClass().newInstance(); 
  9.   System.out.println(o.getClass().getName());//java.util.ArrayList 

也正是由于代码擦除,使得泛型类型本质上都是共享同一个类型对象,因此类型的静态字段也是共享的。例如下面代码:

  1. public class AtestClass { 
  2. public static int i=0; 
  3. public AtestClass() 
  4. i++; 
  5.  
  6. ------------------ 
  7.  
  8. public static void main(String[] args) throws Exception { 
  9.    AtestClass ai=new AtestClass(); 
  10.    AtestClass af=new AtestClass(); 
  11.    System.out.println(AtestClass.i); 

最终运行的结果是2.


参考文档:Microsoft.Press.CLR.via.Csharp.4th.Edition.Oct.2012.

https://en.wikipedia.org/wiki/Generics_in_Java.


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