使用Kotlin Reified 让泛型更简单安全
我们在编程中，出于复用和高效的目的，我们使用到了泛型。但是泛型在JVM底层采取了类型擦除的实现机制，Kotlin也是这样。然后这也带来了一些问题和对应的解决方案。这里我们介绍一个reified用法，来实现更好的处理泛型。
类型擦除
如下面的代码，在编译成class文件后，就采用了类型擦除
public class TestTypeErasure {
public List<String> list = new ArrayList<>();
public void test() {
list.add("123");
System.out.println(list.get(0));
}
}
- list实例真实的保存是多个
Object list.add("123")实际上是"123"作为Object存入集合中System.out.println(list.get(0));是从list实例中读取出来Object然后转换成String才能使用的
辅助证明的字节码内容
Compiled from "TestTypeErasure.java"
public class TestTypeErasure {
//省略部分代码
public void test();
Code:
0: aload_0
1: getfield #4 // Field list:Ljava/util/List;
4: ldc #5 // String 123
6: invokeinterface #6, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
11: pop
12: getstatic #7 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
15: aload_0
16: getfield #4 // Field list:Ljava/util/List;
19: iconst_0
20: invokeinterface #8, 2 // InterfaceMethod java/util/List.get:(I)Ljava/lang/Object;
25: checkcast #9 // class java/lang/String
28: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
31: return
}
其中
- 第6行对应的
6: invokeinterface #6, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z对应添加元素参数的类型为Object - 第20行对应的
20: invokeinterface #8, 2 // InterfaceMethod java/util/List.get:(I)Ljava/lang/Object;对应的获取元素的返回类型为Object - 第25行为进行类型转换操作
类型擦除带来的问题
安全问题:未检查的异常
//unchecked cast
fun <T> Int.toType(): T? {
return (this as? T)
}
- 上面的代码会导致编译器警告
unchecked cast - 上面的代码由于在转换类型时，没有进行检查，所以有可能会导致运行时崩溃
当我们执行这样的代码时
fun testCast() {
println(1.toType<String>()?.substring(0))
}
会得到java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String的类型错误。
显式传递Class
针对前面的问题，我们最常用的办法就是显式传递class信息
//need pass class explicitly
fun <T> Any.toType(clazz: Class<T>): T? {
return if (clazz.isInstance(this)) {
this as? T
} else {
null
}
}
但是显式传递Class信息也会感觉有一些问题，尤其是下面这段代码
fun <T> Bundle.plus(key: String, value: T, clazz: Class<T>) {
when(clazz) {
Long::class.java -> putLong(key, value as Long)
String::class.java -> putString(key, value as String)
Char::class.java -> putChar(key, value as Char)
Int::class.java -> putInt(key, value as Int)
}
}
- 上面的代码（传value值和clazz）我们会感觉到明显的有一些笨拙，不够智能。
- 但是这也是基于Java的类型擦除机制导致无法再运行时得到
T的类型信息，无法改进（至少在Java中）
可能导致更多方法的产生
同时，由于上面的显式传递Class信息比较麻烦和崩溃，我们有时候会增加更多的方法，比如下面的这样。
class Bundle {
fun putInt(key: String, value: Int) {
println("Bundle.putInt key=$key;value=$value")
}
fun putLong(key: String, value: Long) {
}
fun putString(key: String, value: String) {
}
fun putChar(key: String, value: Char) {
}
}
- 上面的
putInt,putLong,putString和putChar没有泛型引入 - 我们没有排除显式传递Class参数之外的优雅实现，比如我们只提供一个叫做
put(key: String,value: T)
reified 方式
不过，好在Kotlin有一个对应的解决方案，这就是我们今天文章标题提到的reified（中文意思：具体化）
使用reified很简单，主要分为两步
- 在泛型类型前面增加
reified - 在方法前面增加
inline（必需的）
接下来我们使用reified改进之前的方法
类型转换改进后的代码
//much better way using reified
inline fun <reified T> Any.asType(): T? {
return if (this is T) {
this
} else {
null
}
}
方法传参不需要多余传递参数类型信息
inline fun <reified T> Bundle.plus(key: String, value: T) {
when(value) {
is Long -> putLong(key, value)
is String -> putString(key, value)
is Char -> putChar(key, value)
is Int-> putInt(key, value)
}
}
reified实现原理
不是说，泛型是使用了类型擦除么，为什么运行时能得到T的类型信息呢？
是的，采用类型擦除没有错，至于能在运行时得到T的类型信息是如何做到的，就需要了解reified的内部机制了。
其原理为
- Kotlin编译器会将reified方法
asType内联(inline)到调用的地方(call-site) - 方法被内联到调用的地方后，泛型T会被替换成具体的类型
所以 reified 使得泛型的方法假装在运行时能够获取泛型的类信息
为了便于理解，我们举个例子，如下是我们的代码
fun testCast2() {
println(1.asType<String>()?.substring(0))
}
对应的反编译后的java代码
public static final void testCast2() {
Object $this$asType$iv = 1;
int $i$f$asType = false;
String var10000 = (String)($this$asType$iv instanceof String ? $this$asType$iv : null);
String var3;
/**
* 后续的代码对应的Kotlin代码(也包含了部分call-site的逻辑，比如substring)
return if (this is T) {
this
} else {
null
}
*/
//inline和reified替换开始
if ((String)($this$asType$iv instanceof String ? $this$asType$iv : null) != null) {
var3 = var10000;
byte var4 = 0;
boolean var2 = false;
if (var3 == null) {
throw new TypeCastException("null cannot be cast to non-null type java.lang.String");
}
var10000 = var3.substring(var4);
Intrinsics.checkExpressionValueIsNotNull(var10000, "(this as java.lang.String).substring(startIndex)");
} else {
var10000 = null;
}
//inline和reified替换结束
var3 = var10000;
$i$f$asType = false;
System.out.println(var3);
}
all in(lined)?
既然是inline，应该是把被inline的方法全部提取到调用处(call-site)吧？
- 是的，通常是这样，不过reified可能有一些差异
- reified方法并不会完全inline所有的方法实现，而是更加智能一些的类型匹配中断提取。
fun testBundlePlusLong() {
Bundle().plus("hello", 1000L)
}
fun testBundlePlusString() {
Bundle().plus("hello", "World")
}
fun testBundlePlusChar() {
Bundle().plus("hello", 'h')
}
fun testBundlePlusInt() {
Bundle().plus("hello", 1)
}
再次贴一些Bundle.plus实现
inline fun <reified T> Bundle.plus(key: String, value: T) {
when(value) {
is Long -> putLong(key, value)
is String -> putString(key, value)
is Char -> putChar(key, value)
is Int-> putInt(key, value)
}
}
上面的when表达式的类型检查次序依次为
- Long
- String
- Char
- Int
反编译后的方法如下(类型不同，提取的方法体也不同)
public static final void testBundlePlusLong() {
Bundle $this$plus$iv = new Bundle();
String key$iv = "hello";
long value$iv = 1000L;
int $i$f$plus = false;
//第一个就是Long类型，无需包含后面的检查代码
$this$plus$iv.putLong(key$iv, value$iv);
}
public static final void testBundlePlusString() {
Bundle $this$plus$iv = new Bundle();
String key$iv = "hello";
Object value$iv = "World";
int $i$f$plus = false;
//不是Long类型，需要继续匹配，找到String类型，终止inline后续代码
if (value$iv instanceof Long) {
$this$plus$iv.putLong(key$iv, ((Number)value$iv).longValue());
} else {
$this$plus$iv.putString(key$iv, value$iv);
}
}
public static final void testBundlePlusChar() {
Bundle $this$plus$iv = new Bundle();
String key$iv = "hello";
Object value$iv = 'h';
int $i$f$plus = false;
//不是Long类型，需要继续匹配，
if (value$iv instanceof Long) {
$this$plus$iv.putLong(key$iv, ((Number)value$iv).longValue());
//不是String类型，需要继续匹配，
} else if (value$iv instanceof String) {
$this$plus$iv.putString(key$iv, (String)value$iv);
} else {
//找到String类型，终止inline后续代码
$this$plus$iv.putChar(key$iv, value$iv);
}
}
public static final void testBundlePlusInt() {
Bundle $this$plus$iv = new Bundle();
String key$iv = "hello";
Object value$iv = 1;
int $i$f$plus = false;
//最差的一种情况，inline全部的方法体实现
if (value$iv instanceof Long) {
$this$plus$iv.putLong(key$iv, ((Number)value$iv).longValue());
} else if (value$iv instanceof String) {
$this$plus$iv.putString(key$iv, (String)value$iv);
} else if (value$iv instanceof Character) {
$this$plus$iv.putChar(key$iv, (Character)value$iv);
} else {
$this$plus$iv.putInt(key$iv, ((Number)value$iv).intValue());
}
}
以上就是关于reified的内容，其实在Kotlin中有很多的特性是依赖于编译器的工作来实现的。
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