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Java泛型原理筆記
<T> T 到底是什麼東東
Java泛型的語法相當的別扭，看到一個這樣的寫法，感覺到很神奇，正好研究下Java泛型是怎麼實現的。
public class A{
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.test();
String r = a.test();
}
public <T> T test() {
return (T) new Object();
}
}
剛開始時，我看到那個"<T> T“ 感覺很神奇，但沒什麼意義。
查看下test()函數生成的字節碼：
public test()Ljava/lang/Object;
L0
LINENUMBER 14 L0
NEW java/lang/Object
DUP
INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init>()V
ARETURN可以發現，這個函數實際上的返回類型是Object，和T沒什麼關係。
再看下調用test()函數的地方對應的字節碼：
a.test(); String r = a.test();
字節碼：
L1
LINENUMBER 5 L1
ALOAD 1
INVOKEVIRTUAL A.test()Ljava/lang/Object;
POP
L2
LINENUMBER 7 L2
ALOAD 1
INVOKEVIRTUAL A.test()Ljava/lang/Object;
CHECKCAST java/lang/String
ASTORE 2可以看到a.test() 實際上隻是調用了下test()函數，返回值直接被pop掉了，沒有那個T什麼事。
String r = a.test()處，則有個CHECKCAST指令，檢查類型轉換有沒有成功。
所以我們可以看到<T> T這種寫法實際上是一個語法糖，它和下麵這種寫法從本質上來說沒有區別。
public class A{
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
a.test();
String r = (String) a.test();
}
public Object test() {
return new Object();
}
}
extends的情況
下麵再來看個複雜點的例子：
public class A{
interface interface1{
public String interfaceOne ();
}
public <T extends Date & interface1> T test1(T t) {
t.interfaceOne();
t.toLocaleString();
return null;
}
}
對應的字節碼分析：
public test1(Date) : Date
L0
LINENUMBER 21 L0
ALOAD 1: t
CHECKCAST A$interface1
INVOKEINTERFACE A$interface1.interfaceOne() : String
POP
L1
LINENUMBER 22 L1
ALOAD 1: t
INVOKEVIRTUAL Date.toLocaleString() : String
POP
L2可以看到，用了extends來限定參數的類型後，函數傳進來的參數直接是Date類型的了。
不過，當中間調用到interface1.interfaceOne()時，還是需要一個CHECKCAST來進行類型轉換。
關於CHECKCAST指令
https://www.vmth.ucdavis.edu/incoming/Jasmin/ref--7.html
checkcast checks that the top item on the operand stack (a reference to an object or array) can be cast to a given type. For example, if you write in Java:
return ((String)obj);
then the Java compiler will generate something like:
aload_1 ; push -obj- onto the stack
checkcast java/lang/String ; check its a String
areturn ; return it
checkcast is actually a shortand for writing Java code like:
if (! (obj == null || obj instanceof <class>)) {
throw new ClassCastException();
}
// if this point is reached, then object is either null, or an instance of
// <class> or one of its superclasses.
所以CHECKCAST指令實際上和INSTANCEOF指令是很像的，不同的是CHECKCAST如果失敗，會拋出一個異常，INSTANCEOF是返回一個值。
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html
The instanceof instruction is very similar to the checkcast instruction
(§checkcast).
It differs in its treatment of null, its behavior when its test fails (checkcast throws
an exception,instanceof pushes a result code), and its effect on the operand stack.
另外，據虛擬機專家RednaxelaFX的說法，JVM有可能在運行時優化掉一些CHECKCAST指令。
https://hllvm.group.iteye.com/group/topic/25910
總結：
JAVA的泛型隻是一個語法糖，實際上在運行時還是有類型轉換的過程，從JVM生成的代碼來看，和傳遞一個Object（或者extends的類型）沒什麼區別。當然泛型的最大好處是編繹期的類型錯誤檢查。
明白JAVA泛型的大致實現原理之後，看很多泛型代碼都比較清晰了：）
和C++的泛型比較，C++的泛型是在編繹期實現的，為每一個類型都生成一份代碼，所以C++的泛型容易讓編繹後的代碼出現膨脹。
C++不會保證在運行時，你硬塞一個什麼東東進去函數裏去執行的結果（極有可能程序掛掉了）。
但是Java代碼是跑在JVM裏的，要保證程序無論如何都能正常跑，所以泛型肯定會有CHECKCAST這樣的消耗。
實際上CHECKCAST算是一個運行時的輸入檢查了，而C++沒有這種檢查，Java則要求要這種檢查。而JVM則有可能優化掉這些檢查，比如前麵已經確認過對象的類型了，那麼CHECKCAST就有可能被優化掉。
最後更新：2017-04-03 14:54:18