类型信息（3）：类型转换前检查（上）

矫情吗；* 2023-07-11 15:05 50阅读 0赞

迄今为止，我们已知的RTTI形式包括：

1.  传统的类型转换，如“(Shape)”，由RTTI确保类型转换的正确性，如果执行了一个错误的类型转换，就会抛出一个ClassCaseException。
2.  代表对象的类型的Class对象。通过查询Class对象可以获取运行时所需的信息。

在C++中，经典的类型转换“(Shape)”并不使用RTTI。它只是简单地告诉编译器将这个对象作为新的类型对待。而java要执行类型检查，这通常被称为“类型安全的向下转型”。之所以叫“向下转型”，是由于类层次结构图从来就是这么排列的。如果将Circle类转换为Shape类型被称作向上转型，那么将Shape转型为Circle，就被称为向下转型。但是，由于知道Circle肯定是一个Shape，所以编译器允许自由地做向上转型的赋值操作，而不需要任何显式的转型操作。编译器无法知道对于给定的Shape到底是什么Shape——它可能就是Shape，或者是Shape的子类型，例如Circle、Square、Traingle或某种其他的类型。在编译期。编译器只能知道它是Shape。因此，如果不使用显式的类型转换，编译器就不允许你执行向下转型赋值，以告知编译器你拥有额外的信息，这些信息使你知道该类型是某种特定类型（编译器将检查向下转型是否合理，因此它不允许向下转型到实际上不是待转型类的子类的类型上）。

RTTI在java中还有第三种形式，就是关键字instanceof。它返回一个布尔值，告诉我们对象是不是某个特定类型的实例。可以用提问的方式使用它，就像这样：

if(x instanceof Dog)
        ((Dog)x).bark();

在将x转型成一个Dog前，上面的if语句会检查对象x是否从属于Dog类。进行向下转型前，如果没有其他信息可以告诉你这个对像是什么类型，那么使用instanceof是非常重要的，否则会得到一个ClassCastException异常。

一般，可能想要查找某种类型（比如要找三角形，并填充成紫色），这时可以轻松地使用instanceof来计数所有对象。例如，假设你有一个类的继承体系，描述了Pet（以及他们的主人，这是在后面的示例中出现的一个非常方便的特性）。这个继承体系中的每个Individual都有一个id和一个可选名字。  尽管下面的类都继承自Individual，但是Individual类复杂性较高，此处并不需要去了解Individual的代码——你只需要了解你可以创建其具名或不具名的对象，并且每个Individual都有一个id()方法，可以返回其唯一的标识符（通过对每个对象计数而创建的）。还有一个toString()方法，如果你没有为Individual提供名字，toString()方法只产生类型名字。

/**
     * 个别的
     */
    public class Individual implements Comparable<Individual> {
    	private static long counter = 0;
    	private final long id = counter++;
    	private String name;
    
    	public Individual(String name) {
    		this.name = name;
    	}
    
    	public Individual() {
    	}
    
    	public String toString() {
    		return getClass().getSimpleName() + (name == null ? "" : "" + name);
    	}
    
    	public long id() {
    		return id;
    	}
    
    	public boolean equals(Object o) {
    		return o instanceof Individual && id == ((Individual) o).id;
    	}
    
    	public int hashCode() {
    		int result = 17;
    		if (name != null)
    			result = 37 * result + name.hashCode();
    		result = 37 * result + (int) id;
    		return result;
    	}
    
    	@Override
    	public int compareTo(Individual arg) {
    		String first = getClass().getSimpleName();
    		String argFirst = arg.getClass().getSimpleName();
    		int firstCompare = first.compareTo(argFirst);
    		if (firstCompare != 0)
    			return firstCompare;
    		if (name != null && arg.name != null) {
    			int secondCompare = name.compareTo(arg.name);
    			if (secondCompare != 0)
    				return secondCompare;
    		}
    		return (arg.id < id ? -1 : (arg.id == id ? 0 : 1));
    	}
    }

/**
     * 人
     */
    public class Person extends Individual {
    	public Person(String name) {
    		super(name);
    	}
    }

/**
     * 宠物
     */
    public class Pet extends Individual {
    	public Pet(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Pet() {
    	}
    }

/**
     * 狗
     */
    public class Dog extends Pet {
    	public Dog(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Dog() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 杂种狗
     */
    public class Mutt extends Dog {
    	public Mutt(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Mutt() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 哈巴狗
     */
    public class Pug extends Dog {
    	public Pug(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Pug() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 猫
     */
    public class Cat extends Pet {
    	public Cat(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Cat() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 埃及猫
     */
    public class EgyptianMau extends Cat {
    	public EgyptianMau(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public EgyptianMau() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 马恩岛猫
     */
    public class Manx extends Cat {
    	public Manx(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Manx() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 威尔士猫
     */
    public class Cymric extends Manx {
    	public Cymric(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Cymric() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 啮齿目动物
     */
    public class Rodent extends Pet {
    	public Rodent(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Rodent() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 鼠
     */
    public class Rat extends Rodent {
    	public Rat(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Rat() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 老鼠
     */
    public class Mouse extends Rodent {
    	public Mouse(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Mouse() {
    		super();
    	}
    }

/**
     * 仓鼠
     */
    public class Hamster extends Rodent {
    	public Hamster(String name) {
    		super(name);
    	}
    
    	public Hamster() {
    		super();
    	}
    }

接下来，我们需要一种方法，通过它可以随机地创建不同类型的宠物，并且为方便起见，还可以创建宠物数组和List。为了使该工具能够适应多种不同的实现，我们将其定义为抽象类：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collections;
    import java.util.List;
    import java.util.Random;
    
    public abstract class PetCreator {
    	private Random r = new Random();
    
    	public abstract List<Class<? extends Pet>> types();
    
    	public Pet randomPet() {
    		int n = r.nextInt(types().size());
    
    		try {
    			return types().get(n).newInstance();
    		} catch (InstantiationException e) {
    			throw new RuntimeException(e);
    		} catch (IllegalAccessException e) {
    			throw new RuntimeException(e);
    		}
    	}
    
    	public Pet[] createArray(int size) {
    		Pet[] result = new Pet[size];
    		for (int i = 0; i < size; i++)
    			result[i] = randomPet();
    		return result;
    	}
    
    	public ArrayList<Pet> arrayList(int size) {
    		ArrayList<Pet> result = new ArrayList<>();
    		Collections.addAll(result, createArray(size));
    		return result;
    	}
    }

抽象的getType()方法在导出类中实现，以获取由Class对象构成的List（这是模版方法设计模式的一种变体）。注意，其中类的类型被指定为“任何从Pet导出的类”，因此newInstance()不需要转型就可以产生Pet。randomPet()随机地产生List中的索引，并使用被选取的Class对象，通过Class.newInstance()来生成该类的新实例。createArray()方法使用randomPet()来填充数组，而ArrayList()方法使用的则是createArray()。

在调用newInstance()时，可能会得到两种异常，在紧跟try语句块后面的catch子句中可以看到对它们的处理。异常的名字再次成为了一种对错误类型相对比较有用的解释（IllegalAccessException表示违反了java安全机制，在本例中，表示默认构造器为private的情况）。

当你导出PetCreator的子类时，唯一所需提供的就是你希望使用randomPet()和其他方法来创建的宠物类型的List。getTypes()方法通常只返回对一个静态List的引用。下面是使用forName()的一个具体实现：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class ForNameCreator extends PetCreator {
    
    	private static List<Class<? extends Pet>> types = new ArrayList<>();
    
    	private static String[] typeNames = { "typeinfo.pets.Mutt", "typeinfo.pets.Pug", "typeinfo.pets.EgyptianMau",
    			"typeinfo.pets.Manx", "typeinfo.pets.Cymric", "typeinfo.pets.Rat", "typeinfo.pets.Mouse",
    			"typeinfo.pets.Hamster" };
    
    	@SuppressWarnings("unchecked")
    	private static void loader() {
    		try {
    			for (String name : typeNames)
    				types.add((Class<? extends Pet>) Class.forName(name));
    		} catch (ClassNotFoundException e) {
    			throw new RuntimeException(e);
    		}
    	}
    
    	static {
    		loader();
    	}
    
    	@Override
    	public List<Class<? extends Pet>> types() {
    		return types;
    	}
    }

loader()方法用Class.forName()创建了Class对象的List，这可能会产生ClassNotFoundException异常，这么做是有意义的，因为你传递给它的是一个在编译期无法验证的String。由于Pet对象在typeinfo包中，因此必须使用报名来引用这些类。

为了产生具有实际类型的Class对象的List，必须使用转型，这会产生编译期警告。loader()方法被单独定义，然后被置于一个静态初始化子句中，因为@SuppressWarnings注解不能直接置于静态初始化子句之上。

为了对Pet进行计数，我们需要一个能跟踪各种不同类型的Pet的数量的工具。Map是此需求的首选，其中键是Pet类型名，而值是保存Pet数量的Integer。通过这种方式，你可以询问：“有多少个Hamster对象？”我们可以使用instanceof来对Pet进行计数：

import java.util.HashMap;
    
    import typeinfo.pets.*;
    
    public class PetCount {
    	static class PetCounter extends HashMap<String, Integer> {
    		public void count(String type) {
    			Integer quantity = get(type);
    			if (quantity == null)
    				put(type, 1);
    			else
    				put(type, quantity + 1);
    		}
    	}
    
    	public static void countPets(PetCreator creator) {
    		PetCounter counter = new PetCounter();
    		for (Pet pet : creator.createArray(20)) {
    			System.out.print(pet.getClass().getSimpleName() + " ");
    			if (pet instanceof Pet)
    				counter.count("Pet");
    			if (pet instanceof Dog)
    				counter.count("Dog");
    			if (pet instanceof Mutt)
    				counter.count("Mutt");
    			if (pet instanceof Pug)
    				counter.count("Pug");
    			if (pet instanceof Cat)
    				counter.count("Cat");
    			if (pet instanceof Manx)
    				counter.count("EgyptianMau");
    			if (pet instanceof Manx)
    				counter.count("Manx");
    			if (pet instanceof Manx)
    				counter.count("Cymric");
    			if (pet instanceof Rodent)
    				counter.count("Rodent");
    			if (pet instanceof Rat)
    				counter.count("Rat");
    			if (pet instanceof Mouse)
    				counter.count("Mouse");
    			if (pet instanceof Hamster)
    				counter.count("Hamster");
    		}
    		System.out.println();
    		System.out.println(counter);
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
    		countPets(new ForNameCreator());
    	}
    }

在CountPets()中，是使用PetCreator来随机地向数组中填充Pet的。然后使用instanceof对该数组中的每个Pet进行测试和计数。

对instanceof有比较严格的限制，只可将其与命名类型进行比较，而不能与Class对象作比较。在前面的例子中，可能觉得写出那么一大堆instanceof表达式是很乏味的，的确如此。但是也没有办法让instanceof聪明起来，让它能够自动地创建一个Class对象的数组，然后将目标对象与这这个数组中的对象进行逐一的比较（稍后你会看到一个替代方案）。其实这并非是一种如你想象中那般好的限制，因为渐渐的就会理解，如果程序中编写了许多的instanceof表达式，就说明你的设计可能存在瑕疵。

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