1. 概述
我们可能希望将数组用作支持泛型的类或函数的一部分，但由于Java处理泛型的方式，这可能很困难。
在本教程中，我们将讨论对数组使用泛型的挑战。然后我们将创建一个泛型数组的示例。
最后，我们将了解Java API如何解决类似的问题。
2. 使用泛型数组时的注意事项
数组和泛型之间的重要区别在于它们如何强制实施类型检查。具体来说，数组在运行时存储和检查类型信息。然而，泛型在编译时检查类型错误，在运行时没有类型信息。
Java的语法表明我们可以创建一个新的泛型数组：
T[] elements = new T[size];
但是如果我们尝试这样做，我们会得到一个编译错误。
要了解原因，让我们考虑以下几点：
public <T> T[] getArray(int size) {
T[] genericArray = new T[size]; // suppose this is allowed
return genericArray;
}
当未绑定的泛型类型T解析为Object时，我们的方法在运行时将是：
public Object[] getArray(int size) {
Object[] genericArray = new Object[size];
return genericArray;
}
如果我们调用我们的方法并将结果存储在一个字符串数组中：
String[] myArray = getArray(5);
该代码可以正常编译，但在运行时会因ClassCastException而失败。这是因为我们刚刚将Object[]分配给了String[]引用。具体来说，编译器的隐式强制转换将无法将Object[]转换为我们所需的类型String[]。
虽然我们不能直接初始化泛型数组，但如果调用代码提供了精确类型的信息，仍然可以实现等效操作。
3. 创建泛型数组
对于我们的示例，让我们考虑一个有界堆栈数据结构MyStack，其中容量固定为特定大小。由于我们希望堆栈适用于任何类型，因此合理的实现选择是泛型数组。
首先，我们将创建一个字段来存储堆栈中的元素，它是E类型的泛型数组：
private E[] elements;
然后我们将添加一个构造函数：
public MyStack(Class<E> clazz, int capacity) {
elements = (E[]) Array.newInstance(clazz, capacity);
}
请注意我们如何使用java.lang.reflect.Array#newInstance来初始化我们的泛型数组，它需要两个参数。第一个参数指定新数组中对象的类型。第二个参数指定为数组创建多少空间。由于Array#newInstance的结果是Object类型，我们需要将其强制转换为E[]以创建我们的泛型数组。
我们还应该注意命名类型参数clazz而不是class的约定，class在Java中是一个保留字。
4. 考虑ArrayList
4.1 使用ArrayList代替数组
使用泛型ArrayList代替泛型数组通常更容易，让我们看看如何更改MyStack以使用ArrayList。
首先，我们将创建一个字段来存储我们的元素：
private List<E> elements;
然后，在我们的堆栈构造函数中，我们可以用初始容量初始化ArrayList：
elements = new ArrayList<>(capacity);
它使我们的类更简单，因为我们不必使用反射。此外，我们不需要在创建堆栈时传入Class。由于我们可以设置ArrayList的初始容量，因此我们可以获得与数组相同的好处。
因此，我们只需要在极少数情况下或在与某些需要数组的外部库交互时构造泛型数组。
4.2 ArrayList实现
有趣的是，ArrayList本身是使用泛型数组实现的。让我们看看ArrayList的内部结构。
首先，让我们看一下列表元素字段：
transient Object[] elementData;
注意ArrayList使用Object作为元素类型。由于我们的泛型类型直到运行时才为人所知，因此Object被用作任何类型的超类。
值得注意的是，ArrayList中的几乎所有操都可以使用这个泛型数组，因为它们不需要向外界提供强类型数组(除了一个方法，toArray)。
5. 从集合构建数组
5.1 链表示例
让我们看一下在Java Collections API中使用泛型数组，我们将从集合中构建一个新数组。
首先，我们将创建一个带有类型参数String的新LinkedList，并向其中添加元素：
List<String> items = new LinkedList();
items.add("first item");
items.add("second item");
然后我们将构建一个我们刚刚添加的元素的数组：
String[] itemsAsArray = items.toArray(new String[0]);
要构建我们的数组，List.toArray方法需要一个输入数组。它使用此数组纯粹是为了获取类型信息以创建正确类型的返回数组。
在上面的示例中，我们使用new String[0]作为输入数组来构建结果字符串数组。
5.2 LinkedList.toArray实现
让我们深入了解LinkedList.toArray，看看它是如何在Java JDK中实现的。
首先，我们来看看方法签名：
public <T> T[] toArray(T[] a)
然后我们将看到如何在需要时创建一个新数组：
a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);
注意它是如何使用Array#newInstance来构建一个新数组的，就像我们之前的堆栈示例一样。我们还可以看到参数a用于为Array#newInstance提供类型。最后，将Array#newInstance的结果转换为T[]以创建泛型数组。
6. 从Stream创建数组
Java Stream API允许我们从流中的元素创建数组。有几个陷阱需要注意，以确保我们生成正确类型的数组。
6.1 使用toArray
我们可以轻松地将Java 8 Stream中的元素转换为数组：
Object[] strings = Stream.of("A", "AAA", "B", "AAB", "C")
.filter(string -> string.startsWith("A"))
.toArray();
assertThat(strings).containsExactly("A", "AAA", "AAB");
但是，我们应该注意，基本的toArray函数为我们提供了一个Object数组，而不是一个String数组：
assertThat(strings).isNotInstanceOf(String[].class);
正如我们之前看到的，每个数组的精确类型是不同的。由于Stream中的类型是泛型，因此库无法在运行时推断类型。
6.2 使用toArray重载获取类型化数组
常见的集合类方法使用反射来构造特定类型的数组，而Java Stream库使用函数式方法。我们可以传入一个lambda或方法引用，它会在Stream准备好填充它时创建一个具有正确大小和类型的数组：
String[] strings = Stream.of("A", "AAA", "B", "AAB", "C")
.filter(string -> string.startsWith("A"))
.toArray(String[]::new);
assertThat(strings).containsExactly("A", "AAA", "AAB");
assertThat(strings).isInstanceOf(String[].class);
我们传递的方法是一个IntFunction，它接收一个整数作为输入并返回一个该大小的新数组。这正是String[]的构造函数所做的，因此我们可以使用方法引用String[]::new。
6.3 具有自己的类型参数的泛型
现在让我们假设我们想要将流中的值转换为一个本身具有类型参数的对象，例如List或Optional。也许我们有一个想要调用的API，它将Optional<String>[]作为其输入。
声明这种数组是有效的：
Optional<String>[] strings = null;
我们还可以使用map方法轻松获取Stream<String>并将其转换为Stream<Optional<String>>：
Stream<Optional<String>> stream = Stream.of("A", "AAA", "B", "AAB", "C")
.filter(string -> string.startsWith("A"))
.map(Optional::of);
但是，如果我们尝试构造数组，我们会再次遇到编译错误：
// compiler error
Optional<String>[] strings = new Optional<String>[1];
幸运的是，这个例子和我们之前的例子是有区别的。其中String[]不是Object[]的子类，而Optional[]实际上是与Optional<String>[]相同的运行时类型。换句话说，这是一个我们可以通过类型转换来解决的问题：
Stream<Optional<String>> stream = Stream.of("A", "AAA", "B", "AAB", "C")
.filter(string -> string.startsWith("A"))
.map(Optional::of);
Optional<String>[] strings = stream
.toArray(Optional[]::new);
这段代码可以编译并运行，但是给了我们一个未经检查的赋值警告。我们需要在我们的方法中添加一个@SuppressWarnings来解决这个问题：
@SuppressWarnings("unchecked")
6.4 使用辅助函数
如果我们想避免将@SuppressWarnings添加到代码中的多个位置，并希望记录我们的泛型数组是如何从原始类型创建的，我们可以编写一个辅助函数：
@SuppressWarnings("unchecked")
static <T, R extends T> IntFunction<R[]> genericArray(IntFunction<T[]> arrayCreator) {
return size -> (R[]) arrayCreator.apply(size);
}
此函数将生成原始类型数组的函数转换为承诺生成我们需要的特定类型数组的函数：
Optional<String>[] strings = Stream.of("A", "AAA", "B", "AAB", "C")
.filter(string -> string.startsWith("A"))
.map(Optional::of)
.toArray(genericArray(Optional[]::new));
此处不需要取消未经检查的分配警告。
但是，我们应该注意，可以调用此函数来执行到更高类型的类型转换。例如，如果我们的流包含List<String>类型的对象，我们可能会错误地调用genericArray来生成ArrayList<String>的数组：
ArrayList<String>[] lists = Stream.of(singletonList("A"))
.toArray(genericArray(List[]::new));
这会编译，但会抛出ClassCastException，因为ArrayList[]不是List[]的子类。不过，编译器会为此生成一个未经检查的赋值警告，因此很容易发现。
7. 总结
在本文中，我们研究了数组和泛型之间的区别。然后我们查看了创建泛型数组的示例，演示了使用ArrayList比使用泛型数组更容易。我们还讨论了Collection API中泛型数组的使用。
最后，我们学习了如何从Stream API生成数组，以及如何处理创建使用类型参数的类型数组。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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