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Effective Java Item28 - 列表優於數組

這篇是Effective Java - Prefer lists to arrays章節的讀書筆記本篇的程式碼來自於原書內容

Item28: 列表優於數組

我們來看看先講泛型跟數組的不同

covariant 協變跟 invariant 不可變

Array 是協變意思是說如果 Sub 是 Super 的子類那 Sub[] 也是 Super[] 的子類

泛型則是不可變意思是說任意兩個Type, List 和 List 不是彼此的子類型或是父類型

來個例子以下的代碼compile會過執行時才會在runtime拋出例外

// Fails at runtime!
Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "I don't fit in"; // Throws ArrayStoreException

但下面的程式在編譯時期就會出錯

// Won't compile!
List<Object> ol = new ArrayList<Long>(); // Incompatible types
ol.add("I don't fit in");

當然這兩個用法都不對只是用List會在compile-time直接出錯好的IDE還直接跟你說為什麼錯

Effective Java Item28 - 列表優於數組

好處自然清楚我們希望越早發現錯誤越好

Reified 具體化 vs Erasure 擦除

Array是具體化的所以Array會在運行時才去檢查元素類型的約束

泛型則是透過擦除來實現這代表只在編譯期執行類型的約束運行期則是丟棄(擦除)元素類型訊息目的是要讓舊的沒有支援泛型的程式可以相容

難以混用

基於以上根本上的區別數組和泛型很難混用比如說

new List <E> []

new List <String> []

new E []

全都會拋出泛型數組創建錯誤

為什麼不能創建泛型Array呢因為他不是type-safe 如果泛型Array合法那就有可能會在運行時拋出ClassCastException 那就違反了泛型的保證

上例子

// Why generic array creation is illegal - won't compile!
List<String>[] stringLists = new List<String>[1];  // (1)
List<Integer> intList = List.of(42);               // (2)
Object[] objects = stringLists;                    // (3)
objects[0] = intList;                              // (4)
String s = stringLists[0].get(0);                  // (5)

(1) 現在假設創建泛型Array合法

(2) 創建泛型

(3) 合法因為array是協變, List<String> 是 Object 的subtype

(4) 合法因為泛型是擦除, List<Integer> 在運行時就只是個List List<String>[] 在運行時就是個 List[]

(5) 出大事了右邊回傳Integer 左邊卻是String 拋出ClassCastException

違反了泛型的保證所以索性第一步就compile-error

所以當你在可以選擇要使用 List<E> 還是 E[] 的時候通常前者是比較好的

簡潔性+性能 vs 類型安全性和互操作性

Trade-off 例子

來看一下一個隨機選擇器 choose() 會回傳choiceArray裡面一個隨機的東西

// Chooser - a class badly in need of generics!
public class Chooser {
  private final Object[] choiceArray;

  public Chooser(Collection choices) {
    choiceArray = choices.toArray();
  }

  public Object choose() {
    Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
    return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
  }
}

實在好懂實在簡潔麻煩的是當你調用 choose() 你必須轉換你的類型

Integer arr[] = { 5, 6, 7, 8, 1, 2, 3, 4, 3 };
Set<Integer> a = new HashSet<>(Arrays.asList(arr));
Chooser c = new Chooser(a);
String s = (String)c.choose();

上面的程式compile會過但很明顯的運行時會拋出ClassCastException 不是typesafe

現在來改改看讓他成為泛型

public class Chooser<T> {
  private final T[] choiceArray;

  public Chooser(Collection<T> choices) {
    choiceArray = choices.toArray();
  }
  public Object choose() {
    Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
    return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
  }
}

不能被編譯 Constructor出錯 Effective Java Item28 - 列表優於數組

簡單強制轉換加上 (T[])

public class Chooser<T> {
  private final T[] choiceArray;

  public Chooser(Collection<T> choices) {
    choiceArray = (T[])choices.toArray();
  }
  public Object choose() {
    Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
    return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
  }
}

從編譯錯誤變成警告

Effective Java Item28 - 列表優於數組

編譯器告訴你在運行時不能保證強制轉換的安全性

除非你能保證使用者不亂用那你可以照Item27的方法加上註解抑制警告但是Item27也說那是逼不得已的做法

我們試著再改動一次

public class Chooser<T> {
  private final List<T> choiceList;

  public Chooser(Collection<T> choices) {
    choiceList = new ArrayList<>(choices);
  }

  public T choose() {
    Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
    return choiceList.get(rnd.nextInt(choiceList.size()));
  }
}

功德圓滿這是最冗長也是運行起來最慢的版本但卻是typesafe的版本