Kotlin刨根問底(三)：你真的懂泛型，會用嗎？

本文靈感來源：羣友提出泛型相關的問題，感受不少人對泛型並非很瞭解~
Kotlin中的泛型和Java中的泛型其實大同小異，只是語法稍微有些不一樣。
大部份內容摘取自：《Kotlin實用指南》，感興趣的能夠訂閱一波 ~

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0x一、要點提煉

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• 什麼是泛型 →「將肯定不變的類型參數化，保證集合中存儲元素都是同一種」
• 泛型的好處 →「編譯期類型安全檢查」和「消除強類型轉換，提升可讀性」
• Java中泛型的使用 → 泛型類、泛型接口 和 泛型方法；
• Java假泛型實現原理 →「類型擦除(Type Erasure)」只存在與編譯期，進JVM前會擦除類型
• Java有界泛型類型 → 限制容許實例化的泛型類型，「extends 父類型」
• Java通配符 → <T>與<?>的區別(定義-形參，實例化-實參)
• 上邊界通配符 → <? extends 父類型>，父類型未知，只能讀不能寫，協變
• 下邊界通配符 → <? super 子類型>，子類型未知，只能寫不能讀，逆變
• 無限定通配符 → <?>，等價於<? extends Object>，類型徹底未知，只能讀不能寫，不變
• Kotlin中的型變 →「聲明處型變」out(協變)與in(逆變)，類型映射<*>
• Kotlin獲取泛型類型 → 匿名內部類，反射，實例化類型參數代替類引用，內聯函數

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0x二、什麼是泛型

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0x三、Java中泛型的使用

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泛型可用於類、接口和方法的建立，對應：泛型類，泛型接口和泛型方法，代碼示例以下：

注意事項：

• 一、泛型的參數只能是「類類型」，不能是簡單數據類型(int, float等)；
• 二、泛型能夠有多個泛型參數

Tips：泛型類型的命名不是必須爲T，也可使用其餘「單個大寫字母」，沒有強制的命名規範，但爲了便於閱讀，有一些約定成俗的命名規範：

• 通用泛型類型：T，S，U，V
• 集合元素泛型類型：E
• 映射鍵-值泛型類型：K，V
• 數值泛型類型：N

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0x四、Java假泛型實現原理

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和C#中的泛型不一樣，Java和Kotlin中的泛型都是假泛型，實現原理就是「類型擦除(Type Erasure)」。
Java編譯器在生成Java字節碼中是不包含泛型中的類型信息的，只存在於代碼編譯階段，進JVM前會被擦除。
不信？寫個簡單的代碼體驗下：

運行結果以下：

從輸出結果能夠看到得到的類型確實被擦除了，此時的「類類型」皆爲ArrayList；

問 → 那咱們定義的泛型類型(Integer, String)到底去哪了？
答 → 被替換成了「原始類型」(字節碼中的真正類型)
問 → 那原始類型具體是什麼類型？
答 → 「限定類型」，無限定的話都用Object替換。
問 → ？？？
答 → 且聽我娓娓道來~

仍是上面的代碼，進Java字節碼看看(View -> Show Bytecode)

的確，Integer和String都被替換成了Object，那這個「限定類型」呢？寫個例子試試：

看下字節碼：

行吧，此時的「原始類型」爲「限定類型」即Animal類。

沒限定類型的，都替換成Object類，也使得咱們能夠經過一些操做，繞過泛型。
好比，咱們利用「反射」往Integer類型的List插入一個String值是不會報錯的：

運行結果以下：

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0x五、Java有界泛型類型

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若是不對泛型類型作限制，泛型類型可實例化爲任意類型的話，可能會產生某些安全隱患。爲了限制容許實例化的泛型類型，可在泛型類型後追加 extends 父類型，代碼示例以下：

有界泛型類型在必定程度上限制了泛型類型，提升了程序的安全性；由於定義了邊界，因此能夠調用父類或父接口的方法。

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0x六、Java通配符

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Java泛型自己「不變」的，不支持「協變」和「逆變」，是經過通配符(?)來實現的

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① <T>與<?>的區別

<T>「泛型標識符」用於泛型「定義時」可理解爲「形參」；
<?>「通配符」用於泛型「實例化時」可理解爲「實參」。

代碼示例以下：

② 各類通配符

• 上邊界通配符<? extends 父類型>
  實例化時可肯定爲「父類型的未知類型」故「只能讀不能寫」，從而使得類型是「協變的」。

代碼示例以下：

• 下邊界通配符：<? super 子類型>
  實例化時可肯定爲「子類型的未知類型」故「只能寫不能讀」從而使得類型是「逆變的」。
  (不能讀指的是不能按照泛型類型讀取)<代碼示例以下：

上邊界通配符只能讀不能寫，改成下邊界通配符

• 無限定通配符：<?>
  等同於上邊界通配符<? extends Object>，「類型徹底未知」故「只能讀不能寫」從而使得類型是「不變的」。

Tips：看完這裏，估計有部分讀者仍是有點懵逼，這裏總結下：

• 不變 → 子類和父類不要緊，正常存取，不用通配符就好，Java集合自己就是不變的；
• 協變 → A是B的子類型，泛型<A>也是泛型<B>的子類型，只想取，用extends。
• 逆變 → A是B的子類型，泛型<B>也是泛型<A>的子類型，只想存，用super。
• PECS法則(Producer Extends，Consumer Super) 參數化類型是一個生產者，則使用：<? extends T> 若是它是一個消費者，則使用<? super T>

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0x七、Kotlin中的型變

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和Java泛型同樣，Kotlin中的泛型也是「不變的」，沒有「通配符類型」，但有兩個其餘的東西：「聲明處型變」(declaration-site variance)  與 「類型投影」(type projections)

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① 聲明處型變

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其實就是用「out」和「in」關鍵字來替換

• 「out」協變，等同於Java中的<? extends>，能讀不能寫，代碼示例以下：

• 「in」逆變，等同於Java中的<? super>，能寫不能讀，代碼示例以下：

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② 類型投影

其實就是對應Java中的*通配符：

• Java中<?>等同於<* extends Object>
• Kotlin中<*>等同於out Any

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0x七、Kotlin獲取泛型類型

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在Kotlin中能夠經過下述四種方法獲取泛型的類型(前兩種Java也適用)：

① 匿名內部類

原理：匿名內部類的聲明在編譯時進行，實例化在運行時進行。代碼示例以下：

② 反射

獲取運行時泛型參數類型，子類可得到父類泛型的具體類型。代碼示例以下：

③ 實例化類型參數代替類引用

定義一個擴展函數用於啓動Activity，代碼示例以下：

fun <T: Activity> FragmentActivity.startActivity(context: Context, clazz: Class<T>) {
    startActivity(Intent(context, clazz))
}
// 調用
startActivity(context, MainActivity::class.java)
複製代碼

④ 內聯函數

Kotlin中使用「inline」關鍵字定義一個內聯函數，配合「reified」具體化(類型不擦除)，獲得使用泛型類型的Class。修改後的代碼示例以下：

inline fun <reified T : Activity> Activity.startActivity(context: Context) {
    startActivity(Intent(context, T::class.java))
}
// 調用
startActivity<MainActivity>(context)
複製代碼

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參考文獻：

• 《Java泛型學習系列-緒論》
• 《Android 進階：基於 Kotlin 的 Android App 開發實踐》