时间:2021-05-19
1、RTTI:
运行时类型信息可以让你在程序运行时发现和使用类型信息。
在Java中运行时识别对象和类的信息有两种方式:传统的RTTI,以及反射。下面就来说下RTTI。
RTTI:在运行时,识别一个对象的类型。但是这个类型在编译时必须已知。
下面通过一个例子来看下RTTI的使用。这里涉及到了多态的概念:让代码只操作基类的引用,而实际上调用具体的子类的方法,通常会创建一个具体的对象(Circle,Square,或者Triangle,见下例),把它向上转型为Shape(忽略了对象的具体类型),并在后面的程序中使用匿名(即不知道具体类型)的Shape引用:
输出结果为:
Circledraw()Squaredraw()Triangledraw()存入数组的时候,会自动向上转型为Shape,丢失了具体的类型,当从数组中取出的时候,(List容器将所有的事物都当做Object持有),会自动将结果转型回Shape,这就是RTTI的基本用法。Java中所有的类型转换都是在运行时进行正确性检查的,也就是RTTI:在运行时,识别一个对象的类型。
上面的转型并不彻底,数组的元素取出时又Object转型为Shape,而不是具体的类型,编译时这是由容器和Java泛型系统来确保这一点的,而在运行时时有类型转换操作来确保这一点的。
而能够通过Shape对象执行到子类的具体代码就是又多态来决定的了,具体看Shape引用所指向的具体对象。
另外,使用RTTI,可以查询某个Shape引用所指向的对象的确切类型,然后选择性的执行子类的方法。
2、Class对象:
要了解RTTI在Java中的工作原理,必须知道类型信息在运行时是如何表示的,这里是由Class这个特殊对象完成的。
Class对象是用来创建类的所有的“常规”对象的。Java使用Class对象来执行其RTTI。
每当编译一个新类,就会产生一个Class对象(.class文件)。运行这个程序的JVM将使用“类加载器”这个子系统。
类加载器子系统:包含一条类加载器链,但只有一个原生类加载器,它是JVM实现的一部分。原生类加载器加载可信类,包括Java API类,通常是从本地磁盘加载的。当需要以某种特定的方式加载类,以支持Web服务器应用,可以挂接额外的类加载器。
2.1、加载类的时机:
当程序创建第一个对类的静态成员的引用时,就会加载这个类。这证明其实构造器也是类的静态方法,当使用new操作符创建类的新对象也会当做对类的静态成员的引用。
可见Java程序时动态加载的,按需加载。需要用到Class时,类加载器首先会检查这个类的Class对象是否已经加载,如果尚未加载,默认的类加载器就会根据类名查找到.class文件。接下来是验证阶段:加载时,它们会接受验证,以确保其没有被破坏,并且不包含不良Java代码。
2.2、Class相关方法,newInstance()
下面通过一个例子演示Class对象的加载:
输出结果为:
execute main...Loading Aafter new ALoading Bafter Class.forName BLoading Cafter new C可见,Class对象在需要的时候才被加载,注意到这里的Class.forName()方法:
forName()方法是取得Class对象的引用的一种方法,通过这个方法获得恰当的Class对象的引用,就可以在运行时使用类型信息了。
如果你已经有了一个感兴趣的类型的对象,则可以通过跟类Object提供的getClass()方法来获得Class引用。
下面是一段Class的使用的代码:
interface X{}interface Y{}interface Z{}class Letter { Letter(){}; Letter(int i){};}class NewLetter extends Letter implements X, Y, Z{ NewLetter(){ super(1); };}public class ClassTest { /** * 打印类型信息 * @param c */ static void printInfo(Class c){ // getName()获得全限定的类名 System.out.println("Class name: " + c.getName() + " is interface? " + c.isInterface()); // 获得不包含包名的类名 System.out.println("Simple name: " + c.getSimpleName()); // 获得全限定类名 System.out.println("Canonical name: " + c.getCanonicalName()); } public static void main(String[] args){ Class c = null; try { // 获得Class引用 c = Class.forName("com.itzhai.test.type.NewLetter"); } catch (ClassNotFoundException e) { System.out.println("Can not find com.itzhai.test.type.NewLetter"); System.exit(1); } // 打印接口类型信息 for(Class face : c.getInterfaces()){ printInfo(face); } // 获取超类Class引用 Class up = c.getSuperclass(); Object obj = null; try { // 通过newInstance()方法创建Class的实例 obj = up.newInstance(); } catch (InstantiationException e) { System.out.println("Can not instantiate"); } catch (IllegalAccessException e) { System.out.println("Can not access"); } // 打印超类类型信息 printInfo(obj.getClass()); }}输出为:
Class name: com.itzhai.test.type.X is interface? trueSimple name: XCanonical name: com.itzhai.test.type.XClass name: com.itzhai.test.type.Y is interface? trueSimple name: YCanonical name: com.itzhai.test.type.YClass name: com.itzhai.test.type.Z is interface? trueSimple name: ZCanonical name: com.itzhai.test.type.ZClass name: com.itzhai.test.type.Letter is interface? falseSimple name: LetterCanonical name: com.itzhai.test.type.Letter注意,在传递给forName()的字符串必须使用全限定名(包括包名)。
通过printInfo里面使用到的方法,你可以在运行时发现一个对象完整的类继承结构。
通过使用Class的newInstance()方法是实现“虚拟构造器”的一种途径,用来创建Class的实例,得到的是Object引用,但是引用时指向Letter对象。使用newInstance()来创建的类,必须带有默认的构造器。(而通过反射API,可以用任意的构造器来动态的创建类的对象)。
2.3、类字面常量:
除了使用getName()方法,Java还提供了另一种方法来生成对Class对象的引用,即使用类字面常量:
此方法简单安全,编译时就受到检查,更高效。不仅可用于普通类,也可以用于接口,数组以及基本数据类型。另外,对于基本数据类型的包装器类,还有一个标准字段TYPE,TYPE字段是一个引用,执行对应的基本数据类型的Class对象。为了统一,建议都使用.class这种形式。
2.4、使用.class与使用getName()方法创建对象引用的区别:
使用.class创建时,不会自动的初始化Class对象。创建步骤如下:
(1)加载 由类加载器执行:查找字节码(通常是在classpath指定的路径中查找,但并非必须的),然后从这些字节码中创建一个Class对象。
(2)链接 将验证类中的字节码,为静态域分配存储空间,如果需要,将会解析这个类创建的对其他类的所有的引用。
(3)初始化 如果该类具有超类,则对其初始化,执行静态初始化器和静态初始化块。
初始化被延迟到了对静态方法(构造器隐式的是静态的)或者非常数静态域进行首次引用时才执行的:
class Data1{ static final int a = 1; static final double b = Math.random(); static { System.out.println("init Data1..."); }}class Data2{ static int a = 12; static { System.out.println("init Data2..."); }}class Data3{ static int a = 23; static { System.out.println("init Data3..."); }}public class ClassTest2 { public static void main(String[] args){ System.out.println("Data1.class: "); Class data1 = Data1.class; System.out.println(Data1.a); // 没有初始化Data1 System.out.println(Data1.b); // 初始化了Data1 System.out.println(Data2.a); // 初始化了Data2 try { Class data3 = Class.forName("com.itzhai.test.type.Data3"); // 初始化了Data3 } catch (ClassNotFoundException e) { System.out.println("can not found com.itzhai.test.type.Data3..."); } System.out.println(Data3.a); }}输出的结果为:
Data1.class: 1init Data1...0.26771085109184534init Data2...12init Data3...23初始化有效的实现了尽可能的“惰性”。
2.5、下面是判断是否执行初始化的一些情况:
(1)class语法获得对类的引用不会引发初始化;
(2)Class.forName()产生了Class引用,立即进行了初始化;
(3)如果一个static final值是“编译器常量”,那么这个值不需要对类进行初始化就可以被读取;
(4)如果只是把一个域设置为static final还不足以确保这种行为,例如上面的:
static final double b = Math.random();(5)如果一个static域bushifinal的,那么在对它访问时,总是要先进性链接和初始化;
2.6、泛化的Class引用:
Class引用表示的是它所指向的对象的确切类型,而该对象便是Class类的一个对象。在JavaSE5中,可以通过泛型对Class引用所指向的Class对象进行限定,并且可以让编译器强制执行额外的类型检查:
2.6.1、使用通配符?放松泛型的限定:
在JavaSE5中,Class<?>优于平凡的Class,更建议使用Class<?>,即便它们是等价的,因为Class<?>的好处是它表示你并非是碰巧或者疏忽,而是使用了一个非具体的类引用。
为了限定Class的引用为某种类型,或者该类型的子类型可以将通配符与extends一起使用,创建一个范围:
Class<? extends Number> num = int.class;// num的引用范围为Number及其子类,所以可以按照如下赋值num = double.class;num = Number.class;2.6.2、泛型下的newInstance()方法:
使用了泛型后的Class,调用newInstance()返回的对象是确切类型的,但是当你使用getSuperclass()获取泛型对应的超类的时候真正的类型会有一些限制:编译器在编译期就知道了超类的类型,但是,通过这个获取到的超类引用的newInstance()方法返回的不是精确类型,而是Object:
2.6.3、新的转型语法:cast()方法
直接看下代码:
可以发现,使用cast()方法的做了额外的工作,这种转换方法可以用在一下的情况中:在编写泛型带的时候,如果存储了Class引用,并希望通过这个Class引用来执行转型,就可以使用cast()方法。
3、类型检查 instanceof
3.1、类型转换前先做检查
编译器允许你自由的做向上转型的赋值操作,而不需要任何显示的转型操作,就好像给超类的引用赋值那样。
然而如果不使用显示的类型转换,编译器就不允许你执行向下转换赋值,这个时候我们不妨先来检查一下对象是不是某个特定类型的实例,使用到了关键字 instanceof:
if(x instanceof Dog) ((Dog) x).bark();3.2、RTTI的形式:
所以,到目前为止,我们知道RTTI的形式包括:
(1)传统的类型转换 (Shape)
(2)代表对象的类型的Class对象
(3)关键字instanceof
3.3、动态的instanceof方法:
Class.isInstance方法提供给了一种动态测试对象的途径。
下面演示下instanceof和Class.isInstance的用法:
Attribute:
public interface Attribute {}Shape:
/** * 创建一个抽象类 */public abstract class Shape{ // this调用了当前类的toString方法获得信息 public void draw() { System.out.println(this + ".draw()"); } // 声明toString()方法为abstract,从而强制继承者需要重写该方法。 abstract public String toString();}Circle:
public class Circle extends Shape implements Attribute{ public String toString(){ return "Circle"; }}Square:
public class Square extends Shape{ public String toString(){ return "Square"; }}Triangle:
public class Triangle extends Shape{ public String toString(){ return "Triangle"; }}类型检查:
// instanceOfCircle c = new Circle();// 判断是否超类的实例System.out.format("Using instanceof: %s is a shape? %b\n", c.toString(), c instanceof Shape);// 判断是否Circle的实例System.out.format("Using instanceof: %s is a circle? %b\n", c.toString(), c instanceof Circle);// 判断是否超类的实例System.out.format("Using Class.isInstance: %s is a shape? %b\n", c.toString(), Shape.class.isInstance(c));// 判断是否接口的实例System.out.format("Using Class.isInstance: %s is a Attribute? %b\n", c.toString(), Attribute.class.isInstance(c));可以发现,instanceof或者Class.isInstance方法判断了是否继承体系的实例,即除了判断本身,还判断是否超类或接口的实例。
下面演示下使用动态的Class.instance的用法:
首先创建一个抽象的形状生成器类:
public abstract class ShapeCreator { private Random rand = new Random(10); // 返回一个对象类型数组,由实现类提供,后面会看到两种实现形式,基于forName的和基于类字面常量的.class public abstract List<Class<? extends Shape>> types(); // 随机生成一个对象类型数组中的类型对象实例 public Shape randomShape(){ int n = rand.nextInt(types().size()); try { return types().get(n).newInstance(); } catch (InstantiationException e) { e.printStackTrace(); return null; } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); return null; } } // 生成一个随机数组 public Shape[] createArray(int size){ Shape[] result = new Shape[size]; for(int i=0; i<size; i++){ result[i] = randomShape(); } return result; } // 生成一个随机数组,泛型的ArrayList public ArrayList<Shape> arrayList(int size){ ArrayList<Shape> result = new ArrayList<Shape>(); Collections.addAll(result, createArray(size)); return result; }}接下来编写一个该抽象类的实现:
/** * forName的生成器实现 * @author arthinking * */public class ForNameCreator extends ShapeCreator{ private static List<Class<? extends Shape>> types = new ArrayList<Class<? extends Shape>>(); private static String[] typeNames = { "com.itzhai.javanote.entity.Circle", "com.itzhai.javanote.entity.Square", "com.itzhai.javanote.entity.Triangle" }; @SuppressWarnings("unused") private static void loader(){ for(String name : typeNames){ try { types.add((Class<? extends Shape>)Class.forName(name)); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } } } // 初始化加载所需的类型数组 static { loader(); } public List<Class<? extends Shape>> types() { return types; }}最后写一个统计形状个数的类,里面用到了instanceof:
public class ShapeCount { static class ShapeCounter extends HashMap<String, Integer>{ public void count(String type){ Integer quantity = get(type); if(quantity == null){ put(type, 1); } else { put(type, quantity + 1); } } } // 演示通过instanceof关键字统计对象类型 public static void countShapes(ShapeCreator creator){ ShapeCounter counter = new ShapeCounter(); for(Shape shape : creator.createArray(20)){ if(shape instanceof Circle) counter.count("Circle"); if(shape instanceof Square) counter.count("Square"); if(shape instanceof Triangle){ counter.count("Triangle"); } } System.out.println(counter); } public static void main(String[] args){ countShapes(new ForNameCreator()); }}改写一下抽象类的实现,重新用类字面常量实现:
/** * 字面量的生成器实现 */public class LiteralCreator extends ShapeCreator{ public static final List<Class<? extends Shape>> allType = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(Circle.class, Triangle.class, Square.class)); public List<Class<? extends Shape>> types(){ return allType; } public static void main(String[] args){ System.out.println(allType); }}现在使用Class.instance统计形状的个数如下:
/** * 通过使用Class.instanceof动态的测试对象,移除掉原来的ShapeCount中单调的instanceof语句 * */public class ShapeCount2 { private static final List<Class<? extends Shape>> shapeTypes = LiteralCreator.allType; static class ShapeCounter extends HashMap<String, Integer>{ public void count(String type){ Integer quantity = get(type); if(quantity == null){ put(type, 1); } else { put(type, quantity + 1); } } } // 演示通过Class.isInstance()统计对象类型 public static void countShapes(ShapeCreator creator){ ShapeCounter counter = new ShapeCounter(); for(Shape shape : creator.createArray(20)){ for(Class<? extends Shape> cls : shapeTypes){ if(cls.isInstance(shape)){ counter.count(cls.getSimpleName()); } } } System.out.println(counter); } public static void main(String[] args){ countShapes(new ForNameCreator()); }}现在生成器有了两种实现,我们在这里可以添加一层外观,设置默认的实现方式:
/** * 现在生成器有了两种实现,我们在这里添加一层外观,设置默认的实现方式 */public class Shapes { public static final ShapeCreator creator = new LiteralCreator(); public static Shape randomShape(){ return creator.randomShape(); } public static Shape[] createArray(int size){ return creator.createArray(size); } public static ArrayList<Shape> arrayList(int size){ return creator.arrayList(size); }}3.4、instanceof与Class的等价性:
instanceof和isInstance()生成的结果完全一样,保持了类型的概念,判断是否一个类或者是这个类的派生类。
equals()与==也是一样的,而使用这个比较实际的Class对象,就没有考虑继承。
System.out.println(new Circle() instanceof Circle); // trueSystem.out.println(Shape.class.isInstance(new Circle())); // trueSystem.out.println((new Circle()).getClass() == Circle.class); // trueSystem.out.println((new Circle().getClass()).equals(Shape.class)); // false声明:本页内容来源网络,仅供用户参考;我单位不保证亦不表示资料全面及准确无误,也不保证亦不表示这些资料为最新信息,如因任何原因,本网内容或者用户因倚赖本网内容造成任何损失或损害,我单位将不会负任何法律责任。如涉及版权问题,请提交至online#300.cn邮箱联系删除。
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