深入研究Kotlin运行时的泛型

公众号「稀有猿诉」        原文链接 Deep Dive into Kotlin Generics Runtime

通过前面的学习，对Kotlin的泛型已经有了比较全面的了解了，泛型的目的是让通用的代码更加的类型安全。现在我们离写出类型安全的泛型代码还差最后一块拼图，那就是泛型的类型擦除，今天就来深入地学习一下运行时的泛型，彻底的弄懂类型擦除的前因后果，并学会如何在运行时做类型检查和类型转换，以期完成拼图掌握泛型，写出类型安全的通用代码。

关于泛型话题的一系列文章：

• 这回就好好聊聊Kotlin的泛型
• 深入浅出Java泛型
• 再次深入解析Kotlin泛型
• 深入研究Kotlin运行时的泛型

泛型类型擦除（Type erasure）

泛型的类型安全性（包括类型检查type check，和类型转换type casting）都是由编译器在编译时做的，为了保持在JVM上的兼容性，编译器在保障完类型安全性后会对泛型类型进行擦除（Type erasure）。在运行时泛型类型的实例并不包含其类型信息，也就是说它不知道具体的类型参数，比如Foo<Bar>和Foo<Baz?>都被擦除成了Foo<*>，在虚拟机（JVM）来看，它们的类型是一样的。

因为泛型Foo<T>的类型参数T会被擦除（erased），所以与类型参数相关的类型操作（类型检查is T和类型转换as T）都是不允许的。

可行的类型检查和转换

虽然类型参数会被擦除，但并不是说对泛型完全不能进行类型操作。

星号类型操作

因为所有泛型会被擦除成为星号无界通配Foo<*>，它相当于Foo<Any?>，是所有Foo泛型的基类，类型参数Any?是根基类，所以可以进行类型检查和类型转换：

if (something is List<*>) {
    something.forEach { println(it) } // 元素被视为Any?类型
}

针对星号通配做类型操作，类型参数会被视为Any?。但其实这种类型操作没有任何意义，毕竟Any是根基类，任何类当成Any都是没有问题的。

完全已知具体的类型参数时

另外一种情况就是，整个方法的上下文中已经完全知道了具体的类型参数时，不涉及泛型类型时，也是可以进行类型操作的，说的比较绕，我们来看一个🌰：

fun handleStrings(list: MutableList<String) {
    if (list is ArrayList) {
        // list is smart-cast to ArrayList<String>
    }
}

这个方法并不涉及泛型类型，已经知道了具体的类型参数是String，所以类型操作也是可行的，因为编译器知道具体的类型，能对类型进行检查 保证是类型安全的。并且因为具体类型参数String可以推断出来，所以<String>是可以省略的。

未检查的转换

当编译器能推断出具体的类型时，进行类型转换就是安全的，这就是被检查的转型（checked cast），如上面的🌰。

如果无法推断出类型时，比如涉及泛型类型T时，因为类型会被擦除，编译器不知道具体的类型，这时as T或者as List<T>都是不安全的，编译器会报错，这就是未检查转型（unchecked cast）。

但如果能确信是类型转换是安全的，可以用注解@Suppress("UNCHECKED_CAST")来忽略。

用关键reified修饰inline泛型函数

要想能够对泛型类型参数T做类型操作，只能是在用关键字reified修饰了的inline泛型函数，在这种函数体内可以对泛型类型参数T做类型操作，🌰如：

inline fun <reified A, reified B> Pair<*, *>.asPairOf(): Pair<A, B>? {
    if (first !is A || second !is B) return null
    return first as A to second as B
}

val somePair: Pair<Any?, Any?> = "items" to listOf(1, 2, 3)


val stringToSomething = somePair.asPairOf<String, Any>()
val stringToInt = somePair.asPairOf<String, Int>()

需要注意的是关键字reified能够让针对类型参数T的操作得到编译器的检查，保证安全，是允许的。但是对于泛型仍是不允许的，🌰如：

inline fun <reified T> List<*>.asListOfType(): List<T>? =
    if (all { it is T })
        @Suppress("UNCHECKED_CAST")
        this as List<T> else
        null

这个inline泛型函数用关键字reified修饰了，因此针对类型参数T是允许类型检查类型转换，如第2行是允许的。但泛型仍是不合法，如第4行，这时可以用上一小节提到的注解@Suppress("UNCHECKED_CAST")来忽略未检查类型转换。

inline和reified的原理

对于一些泛型工厂方法，就非常适合使用inline和reified，以保证转换为类型参数（因为工厂方法最终肯定要as T）是允许的且是安全的：

inline fun <reified T> logger(): Logger = LoggerFactory.getLogger(T::class.java)

class User {
    private val log = logger<User>()
    // ...
}

关键字reified其实也没有什么神秘的，因为这是inline函数，这种函数是会把函数体嵌入到任何调用它的地方（call site），而每个调用泛型函数的地方必然会有明确的具体类型参数，那么编译器就知道了具体的类型能保证类型安全（checked cast）。上面的工厂方法在调用时就会大概变成酱紫：

class User {
    private val log = LoggerFactory.getLogger(User.class.java)
}

这时其实在函数体内已经知道了具体的类型参数User，编译器能够进行类型检查，所以是安全的。

总结

本文深入的讨论一下运行时泛型的一些特性，泛型类型在运行时会被擦除，无法做泛型相关的类型操作，因为编译器无法保证其类型安全。例外就是在用reified修饰的inline函数中可以对类型参数T做类型操作，但泛型类型（带尖括号的<T>）仍是会被擦除，可以用注解@Suppress("UNCHECKED_CAST")来忽略unchecked cast。

参考资料

• Type erasure
• 6. Generics at Runtime
• How to Convert a Type-Erased List to an Array in Kotlin
• Discussion about Type Erasure
• How does erasure work in Kotlin?
• Reified Generics in Kotlin
• Type erasure and reified in Kotlin

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