ArrayList.toArray() 中的 Java 泛型

Question

假设你有一个如下定义的数组列表：

ArrayList<String> someData = new ArrayList<>();

稍后在您的代码中，由于泛型，您可以这样说：

String someLine = someData.get(0);

并且编译器完全知道它将得到一个字符串。耶泛型！但是，这将失败：

String[] arrayOfData = someData.toArray();

toArray() 将始终返回一个对象数组，而不是定义的泛型。为什么get(x)方法知道返回的是什么，而toArray()默认是Objects？

Answer 1

一般信息在运行时为erased。 JVM 不知道你的列表是List<String> 还是List<Integer>（在运行时List<T> 中的T 被解析为Object），所以唯一可能的数组类型是Object[]。

您可以使用toArray(T[] array) - 在这种情况下，JVM 可以使用给定数组的类，您可以在ArrayList 实现中看到它：

public <T> T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size)
        // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
        return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());

Answer 2

如果您查看Javadoc for the List interface，您会注意到toArray 的第二种形式：<T> T[] toArray(T[] a)。

事实上，Javadoc 甚至给出了一个例子来说明如何做你想做的事：

String[] y = x.toArray(new String[0]);

Answer 3

数组的类型与数组的类型不同。它是一种 StringArray 类，而不是 String 类。

假设有可能，通用方法 toArray() 看起来像

private <T> T[] toArray() {
    T[] result = new T[length];
    //populate
    return result;
}

现在在编译期间，类型 T 被删除。 new T[length]这部分应该怎么换？泛型类型信息不可用。

如果您查看（例如）ArrayList 的源代码，您会看到相同的结果。 toArray(T[] a) 方法要么填充给定数组（如果大小匹配），要么使用参数的 type 创建一个新数组，该参数是 Generic Type T 的数组类型。 p>

Answer 4

如果你看ArrayList<E>类的toArray(T[] a)的实现，是这样的：

public <T> T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size)
        // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
        return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;
}

此方法的问题是您需要传递相同泛型类型的数组。现在考虑如果此方法不带任何参数，那么实现将类似于：

public <T> T[] toArray() {
    T[] t = new T[size]; // compilation error
    return Arrays.copyOf(elementData, size, t.getClass());
}

但这里的问题是 您不能在 Java 中创建泛型数组，因为编译器并不确切知道 T 代表什么。换句话说，创建不可具体化类型的数组 (JLS §4.7)在 Java 中是不允许的。

Array Store Exception (JLS §10.5) 的另一个重要引述：

如果数组的组件类型不可具体化（第 4.7 节），Java 虚拟机将无法执行 前段。这就是为什么数组创建表达式带有 禁止不可具体化的元素类型 (§15.10.1)。

这就是Java提供重载版本toArray(T[] a)的原因。

我将重写 toArray() 方法告诉它它将返回一个 E 数组。

因此，您应该使用toArray(T[] a)，而不是覆盖toArray()。

来自 Java Doc 的Cannot Create Instances of Type Parameters 可能对您来说也很有趣。

Answer 5

我可以并且有时会使用迭代器而不是创建数组，但这对我来说总是很奇怪。为什么 get(x) 方法知道它返回的是什么，而 toArray() 默认是 Objects？设计到一半，他们决定这里不需要？？

由于这个问题的意图似乎不仅仅是为了解决使用泛型的toArray()，而是为了理解ArrayList 类中方法的设计，我想补充一下：

ArrayList 是一个泛型类，因为它被声明为

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

这使得在类中使用诸如public E get(int index) 之类的通用方法成为可能。

但是，如果像toArray() 这样的方法没有返回E，而是E[]，那么事情就会变得有些棘手。无法提供诸如public <E> E[] toArray() 之类的签名，因为无法创建通用数组。

数组的创建发生在运行时，由于Type erasure，Java 运行时没有E 表示的类型的特定信息。到目前为止，唯一的解决方法是将所需的类型作为参数传递给方法，因此签名public <T> T[] toArray(T[] a) 强制客户端传递所需的类型。

但另一方面，它适用于public E get(int index)，因为如果您查看该方法的实现，您会发现即使该方法使用相同的 Object 数组来返回指定索引处的元素，它被转换为E

E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

Java 编译器在编译时将E 替换为Object

Answer 6

需要注意的是，Java 中的数组在运行时知道它们的组件类型。 String[] 和 Integer[] 在运行时是不同的类，您可以在运行时向数组询问它们的组件类型。因此，在运行时需要一个组件类型（通过在编译时使用new String[...] 硬编码一个可具体化的组件类型，或者使用Array.newInstance() 并传递一个类对象）来创建一个数组。

另一方面，泛型中的类型参数在运行时不存在。 ArrayList<String> 和 ArrayList<Integer> 在运行时绝对没有区别。这只是ArrayList。

这就是为什么你不能只获取List<String> 并获得String[] 而不以某种方式单独传递组件类型的根本原因——你必须从没有的东西中获取组件类型信息组件类型信息。显然，这是不可能的。

Answer 7

首先你要明白ArrayList自己只是Object的数组

   transient Object[] elementData;

说到T[]失败的原因，是因为没有Class<T>就无法获得泛型类型的数组，这是因为java的类型擦除（there is a more explanation和how to create one）。并且堆上的array[] 动态地知道它的类型，你不能将int[] 转换为String[]。同样的原因，您不能将Object[] 转换为T[]。

   int[] ints = new int[3];
   String[] strings = (String[]) ints;//java: incompatible types: int[] cannot be converted to java.lang.String[]

   public <T> T[] a() {
      Object[] objects = new Object[3];
      return (T[])objects;
   }
   //ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
   Integer[] a = new LearnArray().<Integer>a();

但是您放入array的只是一个类型为E的对象（由编译器检查），因此您可以将其转换为安全且正确的E。

  return (E) elementData[index];

简而言之，你无法通过演员获得没有的东西。你只有Object[]，所以toArray() 可以返回Object[]（否则，你必须给它一个Class<T> 来创建一个具有这种类型的新数组）。你把E放在ArrayList<E>中，你可以得到一个E和get()。

Answer 8

可以创建给定（已知）类型的“通用”数组。通常我在我的代码中使用这样的东西。

public static <T> T[] toArray(Class<T> type, ArrayList<T> arrList) {
    if ((arrList == null) || (arrList.size() == 0)) return null;
    Object arr = Array.newInstance(type, arrList.size());
    for (int i=0; i < arrList.size(); i++) Array.set(arr, i, arrList.get(i));
    return (T[])arr;
}