java - 在java中传递泛型类类型

Question

我正在尝试看看是否可以在 Java 中模仿模板表达式模式，以进行循环融合等优化。

例如，我将这个表达式模板示例中的 C++ 类移植到 Java 类:https://en.wikipedia.org/wiki/Expression_templates#Motivation_and_example

首先是模板类VecExpression<E>表示 vector 表达式。它使用模板参数 E并采用 E 的类类型作为构造函数参数。然后它创建一个私有(private)变量 thisAsE设置为 this转换为 E 的类类型

public abstract class VecExpression <E> {
    private VecExpression thisAsE;

    public VecExpression(Class<E> type) throws Exception {
        if(type.isInstance(this)) {
            thisAsE = (VecExpression)type.cast(this);   
        }
        else {
            throw new Exception("Class type must extend VecExpression");
        }
    }

    public double get(int i) {
        return thisAsE.get(i);
    }

    public int size() {
        return thisAsE.size();
    }
}

二、A类Vec扩展 VecExpression<Vec>通过 Vec.class进入 super 构造函数并实现 get()和 size() VecExpression<E> 中调用的方法类。

public class Vec extends VecExpression<Vec> {

    private double[] elems;

    public <E> Vec(VecExpression<E> expression) throws Exception {
        super(Vec.class);
        for(int i = 0; i < expression.size(); ++i) {
            elems[i] = expression.get(i);
        }
    }

    public Vec(double[] elems) throws Exception {
        super(Vec.class);
        this.elems = elems;
    }

    public double get(int i) {
        return elems[i];
    }
}

第三，模板类VecSum<E1, E2>延伸VecExpression<VecSum<E1, E2> ，并使用其 get()返回两个值之和的方法 VecExpression<E>秒。类型作为显式参数传递 Class<VecSum<E1, E2>> type .

public class VecSum <E1, E2> extends VecExpression<VecSum<E1, E2>> {

    private VecExpression u;
    private VecExpression v;

    public VecSum(Class<VecSum<E1, E2>> type, VecExpression<E1> u, VecExpression<E2> v) throws Exception {
        super(type);
        if(u.size() != v.size()) {
            throw new Exception("Vectors must be of the same size");
        }
        this.u = u;
        this.v = v;
    }

    public double get(int i) {
        return u.get(i) + v.get(i);
    }

    public int size() {
        return v.size();
    }
}

最后，我们使用表达式模板生成一个类，该类可以通过一次内存将三个 vector 相加。

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Vec a = new Vec(new double[] {1, 2, 3});
        Vec b = new Vec(new double[] {1, 2, 3});
        Vec c = new Vec(new double[] {1, 2, 3});

        VecSum<Vec, Vec> ab = new VecSum<Vec, Vec>(VecSum<Vec, Vec>.class, a, b);
        VecSum<VecSum<Vec, Vec>, Vec> abc = new VecSum<>(VecSum<VecSum<Vec, Vec>, Vec>.class, ab, c);
    }
}

根据 Louis Wasserman 的评论编辑

但是，传递给 VecSum 的类类型构造函数不起作用，因为表达式试图从参数化类型中获取类。 Louis 指出泛型类的实现不会像在 C++ 中那样编译成不同的类。您将如何传递它们的类型，或者表达式模板模式是否有另一种方法？

Answer 1

您尝试做的事情在 Java 中是行不通的，至少在您尝试通过使用 Java 泛型来获得编译时优化的情况下是这样。原因是，与 C++ 模板不同，Java 泛型不会在编译时解析。由于编译器在编译时没有解析类型，因此它不能使用任何关于它的东西来进行编译时优化。 Java 编译器创建的字节码，在某种意义上，完全“删除”通用信息。如果您的 Java 类是 class C<A>然后到处都是类型 A出现在您的代码中，它被类 Object 取代.如果您的 Java 类是 class D<E extends F>然后到处都是E出现在您的代码中被替换为 F .

在那种情况下，您可能会问为什么要使用泛型。答案是，在编译器丢弃参数之前，它确实对输入进行了类型安全检查，并隐式地插入了对方法返回的强制转换。这是在几个版本之前添加到 Java 中的一种便利，但是 Java 容器类如 ArrayList存在。只是你没有像现在这样的类型安全，因为输入是明确的 Object (让你放入任何对象，即使你知道它应该只包含，比方说，String 对象，并强制你将 get 的结果转换为，比方说，明确地 String)。

这与 C++ 模板形成对比，在 C++ 模板中，编译器从模板创建类定义并编译该类。然后可以将该类编译为任何其他类，包括可能使用特定于模板参数值的优化。此外，C++ 中的模板特化允许更普遍地进行模板元编程，因为它允许您在模板参数中创建递归的基本情况。

(由于上述原因，您不能在 Java 中具有任何类似意义的“泛型特化”——Java 编译器已经丢弃了泛型参数，所以你的“特化”类——如果你试图定义这样的东西——将与“通用”类相同。)

最后，关于您的示例，请记住 Class在 Java 中带有大写字母“C”的类与任何其他类一样，包括它派生自 Object。 .这不会让您了解 C++ 模板和 Java 泛型之间的编译时与运行时差异。