Java笔记 - RTTI，Class，泛化的Class引用 | IT宅-帅旋的专业知识分享

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：

abstract class Shape {
// this 调用当前类的toString()方法，返回实际的内容
void draw(){ System.out.println(this + “draw()”); }
// 声明 toString()为abstract类型，强制集成在重写该方法
abstract public String toString();
}

class Circle extends Shape {
public String toString(){ return “Circle”; }
}

class Square extends Shape {
public String toString(){ return “Square”; }
}

class Triangle extends Shape {
public String toString(){ return “Triangle”; }
}

public static void main(String[] args){
// 把Shape对象放入List的数组的时候会向上转型为Shape，从而丢失了具体的类型信息
List shapeList = Arrays.asList(new Circle(), new Square(), new Triangle());
// 从数组中取出时，这种容器，实际上所有的元素都当成Object持有，会自动将结果转型为Shape，这就是RTTI的基本的使用。
for(Shape shape : shapeList){
shape.draw();
}
}

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：

class A {
// 静态代码库，在第一次被加载时执行，通过打印信息知道该类什么时候被加载
static { System.out.println(“Loading A”); }
}
class B {
static { System.out.println(“Loading B”); }
}
class C {
static { System.out.println(“Loading C”); }
}
public class Load {
public static void main(String[] args){
System.out.println(“execute main…”);
new A();
System.out.println(“after new A”);
try {
Class.forName(“com.itzhai.test.type.B”);
} catch (ClassNotFoundException e) {
System.out.println(“cloud not find class B”);
}
System.out.println(“after Class.forName B”);
new C();
System.out.println(“after new C”);
}
}

输出结果为：

execute main…
Loading A
after new A
Loading B
after Class.forName B
Loading C
after 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? true
Simple name: X
Canonical name: com.itzhai.test.type.X
Class name： com.itzhai.test.type.Y is interface? true
Simple name: Y
Canonical name: com.itzhai.test.type.Y
Class name： com.itzhai.test.type.Z is interface? true
Simple name: Z
Canonical name: com.itzhai.test.type.Z
Class name： com.itzhai.test.type.Letter is interface? false
Simple name: Letter
Canonical 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：

NewLetter.class;

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:
1
init Data1…
0.26771085109184534
init Data2…
12
init 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：

Class intCls = int.class;
// 使用泛型限定Class指向的引用
Class genIntCls = int.class;
// 没有使用泛型的Clas可以重新赋值为指向任何其他的Class对象
intCls = double.class;
// 下面的编译会出错
// genIntCls = double.class;

2.6.1、使用通配符?放松泛型的限定：

Class<?> intCls = int.class;
intCls = String.class;

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：

Dog dog = dogCls.newInstance();
abstract class Animal {
}
class Dog extends Animal{
}

// 下面的写法是错误的，只能返回 Class<? super Dog>类型
// Class animalCls = dogCls.getSuperclass();
Class<? super Dog> animalCls = dogCls.getSuperclass();
// 通过获取的超类引用，只能创建返回Object类型的对象
Object obj = animalCls.newInstance();

2.6.3、新的转型语法：cast()方法

直接看下代码：

Animal animal = new Dog();
Class dogCls = Dog.class;
Dog dog = dogCls.cast(animal);
// 或者直接使用下面的转型方法
dog = (Dog)animal;

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。

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