Trail: Learning the Java Language
Lesson: Generics (Updated)

对泛型的限制

要有效地使用 Java 泛型，必须考虑以下限制：

无法使用基本类型实例化泛型类型
无法创建类型形参的实例
无法声明类型为类型形参的静态字段
不能使用参数化类型进行类型转换或使用 instanceof
无法创建参数化类型的数组
无法创建，捕获或抛出参数化类型的对象
无法重载每个重载的形式参数类型擦除到相同原始类型的方法

无法使用基本类型实例化泛型类型

请考虑以下参数化类型：

class Pair<K, V> {

    private K key;
    private V value;

    public Pair(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    // ...
}

创建 Pair 对象时，不能用基本类型替换类型形参 K 或 V：

Pair<int, char> p = new Pair<>(8, 'a');  // compile-time error

你只能用非基本类型替换类型形参 K 和 V：

Pair<Integer, Character> p = new Pair<>(8, 'a');

请注意，Java 编译器将 8 自动装箱为 Integer.valueOf(8)，将 a 自动装箱为 Character('a')：

Pair<Integer, Character> p = new Pair<>(Integer.valueOf(8), new Character('a'));

有关自动装箱的详细信息，请参阅 Numbers and Strings 课程中的 Autoboxing and Unboxing。

无法创建类型形参的实例

你无法创建类型形参的实例。例如，以下代码导致编译时错误：

public static <E> void append(List<E> list) {
    E elem = new E();  // compile-time error
    list.add(elem);
}

作为解决方法，你可以通过反射创建类型形参的对象：

public static <E> void append(List<E> list, Class<E> cls) throws Exception {
    E elem = cls.newInstance();   // OK
    list.add(elem);
}

你可以按如下方式调用 append 方法：

List<String> ls = new ArrayList<>();
append(ls, String.class);

无法声明类型为类型形参的静态字段

类的静态字段是类的所有非静态对象共享的类级变量。因此，不允许使用类型形参的静态字段。考虑以下类：

public class MobileDevice<T> {
    private static T os;

    // ...
}

如果允许类型形参的静态字段，则以下代码将混淆：

MobileDevice<Smartphone> phone = new MobileDevice<>();
MobileDevice<Pager> pager = new MobileDevice<>();
MobileDevice<TabletPC> pc = new MobileDevice<>();

因为静态字段 os 由 phone，pager 和 pc 共享，所以 os 的实际类型是什么？它不能同时为 Smartphone，Pager 和 TabletPC。因此，你无法创建类型形参的静态字段。

不能使用参数化类型进行类型转换或使用 `instanceof`

因为 Java 编译器会擦除泛型代码中的所有类型形参，所以在运行时无法验证使用泛型类型的参数化类型：

public static <E> void rtti(List<E> list) {
    if (list instanceof ArrayList<Integer>) {  // compile-time error
        // ...
    }
}

传递给 rtti 方法的参数化类型集是：

S = { ArrayList<Integer>, ArrayList<String> LinkedList<Character>, ... }

运行时不跟踪类型形参，因此它无法区分 ArrayList<Integer> 和 ArrayList<String> 之间的区别。你可以做的最多是使用无界通配符来验证列表是 ArrayList：

public static void rtti(List<?> list) {
    if (list instanceof ArrayList<?>) {  // OK; instanceof requires a reifiable type
        // ...
    }
}

通常，除非通过无界通配符对其进行参数化，否则无法强制转换为参数化类型。例如：

List<Integer> li = new ArrayList<>();
List<Number>  ln = (List<Number>) li;  // compile-time error

但是，在某些情况下，编译器知道类型形参始终有效并允许强制转换。例如：

List<String> l1 = ...;
ArrayList<String> l2 = (ArrayList<String>)l1;  // OK

无法创建参数化类型的数组

你无法创建参数化类型的数组。例如，以下代码无法编译：

List<Integer>[] arrayOfLists = new List<Integer>[2];  // compile-time error

以下代码说明了将不同类型插入到数组中时会发生什么：

Object[] strings = new String[2];
strings[0] = "hi";   // OK
strings[1] = 100;    // An ArrayStoreException is thrown.

如果你使用泛型列表尝试相同的操作，则会出现问题：

Object[] stringLists = new List<String>[];  // compiler error, but pretend it's allowed
stringLists[0] = new ArrayList<String>();   // OK
stringLists[1] = new ArrayList<Integer>();  // An ArrayStoreException should be thrown,
                                            // but the runtime can't detect it.

如果允许参数化列表数组，则前面的代码将无法抛出所需的 ArrayStoreException。

无法创建，捕获或抛出参数化类型的对象

泛型类不能直接或间接地继承 Throwable 类。例如，以下类将无法编译：

// Extends Throwable indirectly
class MathException<T> extends Exception { /* ... */ }    // compile-time error

// Extends Throwable directly
class QueueFullException<T> extends Throwable { /* ... */ // compile-time error

方法无法捕获类型形参的实例：

public static <T extends Exception, J> void execute(List<J> jobs) {
    try {
        for (J job : jobs)
            // ...
    } catch (T e) {   // compile-time error
        // ...
    }
}

但是，你可以在 throws 子句中使用类型形参：

class Parser<T extends Exception> {
    public void parse(File file) throws T {     // OK
        // ...
    }
}

无法重载每个重载的形式参数类型擦除到相同原始类型的方法

一个类不能有两个重载方法，它们在类型擦除后具有相同的签名。

public class Example {
    public void print(Set<String> strSet) { }
    public void print(Set<Integer> intSet) { }
}

重载将共享相同的类文件表示，并将生成编译时错误。