如何在Java中创建类型安全的通用数组？

Question

我希望在Java中创建一个通用数组，保持通常由Java提供的类型安全性。

我正在使用以下代码：

class Stack<T> { 

private T[] array = null;
public Stack(Class<T> tClass, int size) {
   maximumSize = size;
   // type unsafe
   //array = (T[])new Object[maximumSize];

   this.array = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(tClass,maximumSize);
}

这段代码是否是类型安全的？如果是，为什么需要强制转换（cast）？

- Giuseppe Pes

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在上面的代码中，(T[])只是将其转换为Object[]，因为类型T在编译时是未知的。因此，array必须是Object[]类型（或者简单地说是Object）。如果您返回一个类型为T[]的值，则在调用点处，当分配或使用方法的返回值时，编译器将抛出一个隐藏的转换到适当类型的转换。 - Hot Licks

你能更新你的代码使其编译吗？T 是从哪里来的？array 声明在哪里？例如，这是一个静态方法（它仅是 Array#newInstance 的包装器），还是 array 是一个字段，并且 T 是类的类型参数？ - Radiodef

Answer 1

Array.newInstance(...)方法的返回类型为Object。因此，您不能直接将其分配给除Object之外的任何东西。因此，您需要进行转换。

该方法委托给一个本地方法，该方法会创建指定组件类型和长度的新数组。因此，它正在创建类型为T的数组。

类型安全性，假设array被声明为：

T[] array;

使用Class<T>参数和相同类型变量的强制转换可以保证

@SuppressWarnings("unchecked")

在您的源代码中，使用注释解释上述原因。始终在抑制警告的转换时注释说明其安全性。

- Sotirios Delimanolis

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为什么我会收到未经检查的警告？ - Giuseppe Pes

您正在进行一个 未经检查的转换，因此会收到使用它的警告。 - Marko Topolnik

请注意，如果有一个专门用于引用类型数组的newInstance，编译器本可以保证它。 static <T> T[] newInstance(Class<T> c, int size) - Marko Topolnik

请注意，这样做会对基本类型抛出异常。例如，int.class是Class<Integer>，因此将int[]强制转换为Integer[]可能会发生异常。无法通用地表示基本类型，这就是为什么它可能不安全的原因。 - Radiodef

基本上，如果按照您目前的方式进行泛型操作，无法包含原始类型。@GiuseppePes - Radiodef

Answer 2

由于原始的类对象，它并不是类型安全的。例如，我可以通过以下方式创建一个新的堆栈：

new Stack<Boolean>(boolean.class, 10);

编译器不会出错，但程序会抛出异常，因为boolean.class 是一个Class<Boolean>，而boolean[] 不能被强制转换为Boolean[]。

你展示的替代方法已经被注释掉了。

array = (T[])new Object[size];

实际上，Java某种程度上是类型安全的，但原因不同：这是由于擦除。例如，您不能将new Object[size]转换为Number[]，但转换从未在数组上发生。它发生在稍后某个时刻，例如当您从方法中返回数组的元素时（此时元素被强制转换）。如果您试图将数组返回到对象外部，它将抛出异常。

通常的解决方案不是对数组进行泛型编写。而是像这样做：

class Stack<E> {
    Object[] array = new Object[10];
    int top;

    void push(E elem) {
        if(top == array.length)
            array = Arrays.copyOf(array, array.length * 2);

        array[top++] = elem;
    }

    E pop() {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E elem = (E)array[--top]; // type safe cast

        array[top] = null;

        return elem;
    }
}

上面的代码是类型安全的，因为只能将 E 推入数组中。JDK Stack（它扩展了 Vector）和 ArrayList 都是这样工作的。

如果要使用 newInstance，则必须拒绝原始类型，因为没有办法以通用方式表示它们：

Stack(Class<T> tClass, int size) {
    if(tClass.isPrimitive())
        throw new IllegalArgumentException();

    // ...
}

- Radiodef

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很详细的答案！ - javaguy

Answer 3

Array.newInstance返回一个Object，因此需要进行转换。在这种情况下，编译器总是会发出警告。这是泛型的限制。

- fastcodejava

Answer 4

我们知道泛型是在编译时检查的，所以我的朋友， java.lang.reflect.Array.newInstance(tClass, size); 返回给你对象，你需要进行类型转换。如果数组不是T[]类型，则可能会出现编译时错误。

- Girish