为什么Java的Collection<E>.toArray()方法返回一个Object[]而不是一个E[]？

Question

在Java泛型出现之前，Collection.toArray()无法知道开发人员期望的数组类型（特别是对于空集合）。据我所知，这是使用惯用语collection.toArray(new E[0])的主要理由。

使用泛型后，Collection<E>.toArray()只能返回一个由E及其特化实例组成的数组。我不明白为什么返回类型仍然是Object[]而不是E[]。我认为，返回E[]而不是Object[]不应该破坏现有代码。

参见：Collection.toArray()，Collection.toArray(T[])和相关主题java: (String[])List.toArray() gives ClassCastException。

- Bernhard Bodenstorfer

Answer 1

这是一个非常好的问题。答案是泛型也被称为"擦除"。这不仅仅是一个名字。由泛型编码的信息仅在编译时使用，然后被删除。因此，JVM甚至不知道这个泛型类型E，所以它不能创建数组E[]。

另一个方法toArray(T[] a)在运行时从参数中接收类型信息。这就是该方法原型为 T[] toArray(T[] a)的原因：它获取类型T的数组并可以返回类型T的数组。类型作为参数传递。

- AlexR

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为什么相同的逻辑不能应用于Collection<E>.iterator()？http://download.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/Collection.html#iterator%28%29？ - Bernhard Bodenstorfer

显然，通用数组的创建是问题所在。在我的通用类代码中，以下内容会引发编译器错误“通用数组创建”： final E[] returnArray = events.toArray(new E[events.size()]); - Bernhard Bodenstorfer

@Bernhard，你怎么创建new E[0]？这对JVM在运行时有什么意义？无论是Collection还是toArray()方法在运行时都没有关于E的任何信息。 - Lukas Eder

@Bernhard，迭代器不需要知道它返回的对象类型。相比之下，toArray()需要实际创建一个适当运行时类型的数组。 - Old Pro

Answer 2

"类型擦除"只是部分解释：无论是Collection还是它的toArray()方法，在运行时都没有关于E的任何信息。

这也是由于向后兼容性，Collection.toArray()仍必须返回Object[]。在Java 1.5之前，没有办法知道集合的泛型类型，因此这是唯一合理的API设计。

- Lukas Eder

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我同意你的观点，Lukas。此外，我本来想从向后兼容性问题开始，但后来决定擦除更为重要。实际上，擦除甚至不允许你返回类型化数组。因此，即使你从头开始创建Java并包括泛型，而且完全没有任何兼容性问题，你也无法做到这一点。 - AlexR

你说得对。但我不想重复你的答案 :-). 也可以检查一下 Collection.contains(Object) 或 Collection.remove(Object)，它们因兼容性原因而未被改动。 - Lukas Eder

不，它们并不是这样的。这是因为不同类的对象可以相等。 - newacct

Answer 3

@Lukas，关于：“new E[]”

新的E [0]引发了编译器错误，正如您可能预期的那样。我找到的解决方法是：

最终的E [] returnArray = （E []）events.toArray（new Event [events.size（）]）;

N.B. 代码在模板类Listener<E extends Event>中。

在我的解决方法中，类型擦除既是问题也是解决方案。对（E []）的转换是安全的，因为它的精确类型被擦除为Event []。我唯一看到的缺点是编译器警告“未经检查或不安全的操作”（显然，在这种情况下，由于类型擦除，强制转换并不是这种情况）。

@Lukas，关于向后兼容性

我认为向后兼容性没有大问题。使返回类型更特殊与使参数类型更特殊不同。

换句话说，迄今为止期望Collection.toArray（）返回Object []的源代码应该很高兴收到E []。

至于字节码，由于类型擦除，Object []和E []本质上是相同的。

- Bernhard Bodenstorfer

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一些以上内容最好作为给定答案下的注释。new E[0] 应该可以工作。至于类型擦除，编译器在编译时会擦除泛型类型信息（请参见 https://dev59.com/MXRC5IYBdhLWcg3wUfN2）。因此，`toArray()` 方法在运行时没有访问类型信息，因此不能提供比 Object[] 更具体的运行时保证。另一方面，toArray(T[]) 在运行时获取传递的类型，并因此可以提供保证。 - Paul W

关于向后兼容性，请考虑以下代码：Collection<String> collection = (whatever); Object[] r = collection.toArray(); r[0] = new Object(); 在原始系统下是完全可接受的，但如果将 toArray 修改为返回 String[]，则会导致运行时异常。（注意：数组的运行时类型不会被擦除，只有泛型类型会被擦除！） - Jules

另外，你忽略的编译器警告并不是无关紧要的。你的数组不是 E[]，而是 Event[]。这意味着一旦你返回它，如果引用被复制到两个不同的代码部分，其中一个可能会执行以下操作：((Event[])returnedArray)[0] = new F();（其中 F 是扩展 Event 但不是 E 的类），这将导致在其他部分的泛型代码中的类型保证失败（该代码假定数组中的所有值都是 E 实例）。如果数组确实是 E[] 类型，则在尝试存储 F 时会引发适当的异常。 - Jules