kotlin 知识点 七 泛型的高级特性

对泛型进行实化

泛型实化这个功能对于绝大多数Java 程序员来讲是非常陌生的，因为Java 中完全没有这个概
念。而如果我们想要深刻地理解泛型实化，就要先解释一下Java 的泛型擦除机制才行。

在JDK 1.5之前，Java 是没有泛型功能的，那个时候诸如List之类的数据结构可以存储任意类型
的数据，取出数据的时候也需要手动向下转型才行，这不仅麻烦，而且很危险。比如说我们在
同一个List中存储了字符串和整型这两种数据，但是在取出数据的时候却无法区分具体的数据类
型，如果手动将它们强制转成同一种类型，那么就会抛出类型转换异常。

于是在JDK 1.5中，Java 终于引入了泛型功能。这不仅让诸如List之类的数据结构变得简单好
用，也让我们的代码变得更加安全。

但是实际上，Java 的泛型功能是通过类型擦除机制来实现的。什么意思呢？就是说泛型对于类
型的约束只在编译时期存在，运行的时候仍然会按照JDK 1.5之前的机制来运行，JVM是识别不
出来我们在代码中指定的泛型类型的。例如，假设我们创建了一个List集合，虽然
在编译时期只能向集合中添加字符串类型的元素，但是在运行时期JVM并不能知道它本来只打算
包含哪种类型的元素，只能识别出来它是个List。

所有基于JVM的语言，它们的泛型功能都是通过类型擦除机制来实现的，其中当然也包括了
Kotlin 。这种机制使得我们不可能使用a is T或者T::class.java这样的语法，因为T的实际
类型在运行的时候已经被擦除了。

然而不同的是，Kotlin 提供了一个内联函数的概念，我们在第6章的Kotlin 课堂中已经学过了这
个知识点。内联函数中的代码会在编译的时候自动被替换到调用它的地方，这样的话也就不存
在什么泛型擦除的问题了，因为代码在编译之后会直接使用实际的类型来替代内联函数中的泛
型声明，其工作原理如图

可以看到，bar()是一个带有泛型类型的内联函数，foo()函数调用了bar()函数，在代码编
译之后，bar()函数中的代码将可以获得泛型的实际类型。

这就意味着，Kotlin 中是可以将内联函数中的泛型进行实化的。

那么具体该怎么写才能将泛型实化呢？首先，该函数必须是内联函数才行，也就是要用inline
关键字来修饰该函数。其次，在声明泛型的地方必须加上reified关键字来表示该泛型要进行
实化。示例代码如下：

inline fun <reified T> getGenericType() { 
} 

上述函数中的泛型T就是一个被实化的泛型，因为它满足了内联函数和reified关键字这两个前
提条件。那么借助泛型实化，到底可以实现什么样的效果呢？从函数名就可以看出来了，这里
我们准备实现一个获取泛型实际类型的功能，代码如下所示：

inline fun <reified T> getGenericType() = T::class.java 

虽然只有一行代码，但是这里却实现了一个Java 中完全不可能实现的功能：
getGenericType()函数直接返回了当前指定泛型的实际类型。T.class这样的语法在Java
中是不合法的，而在Kotlin 中，借助泛型实化功能就可以使用T::class.java这样的语法了。

现在我们可以使用如下代码对getGenericType()函数进行测试：

fun main() { val result1 = getGenericType<String>() val result2 = getGenericType<Int>() println("result1 is $result1") println("result2 is $result2") 
} 

这里给getGenericType()函数指定了两种不同的泛型，由于getGenericType()函数会将
指定泛型的具体类型返回，因此这里我们将返回的结果进行打印。
现在运行一下main()函数，结果如图

泛型实化功能的运行结果

可以看到，如果将泛型指定成了String，那么就可以得到java.lang.String的类型；如果
将泛型指定了Int，就可以得到java.lang.Integer的类型。

关于泛型实化的基本用法就介绍到这里，接下来我们看一看，泛型实化在Andr oid 项目当中具体
可以有哪些应用。

泛型实化的应用

泛型实化功能允许我们在泛型函数当中获得泛型的实际类型，这也就使得类似于a is T、
T::class.java这样的语法成为了可能。而灵活运用这一特性将可以实现一些不可思议的语法
结构，下面我们赶快来看一下吧。

到目前为止，我们已经将Andr oid 的四大组件全部学完了，除了ContentP rovider 之外，你会
发现其余的3个组件有一个共同的特点，它们都是要结合Intent 一起使用的。比如说启动一个
Activity 就可以这么写：

val intent = Intent(context, TestActivity::class.java) 
context.startActivity(intent) 

有没有觉得TestActivity::class.java这样的语法很难受呢？当然，如果在没有更好选择
的情况下，这种写法也是可以忍受的，但是Kotlin 的泛型实化功能使得我们拥有了更好的选择。

新建一个reified.kt 文件，然后在里面编写如下代码：

inline fun <reified T> startActivity(context: Context) { val intent = Intent(context, T::class.java) context.startActivity(intent) 
} 

这里我们定义了一个startActivity()函数，该函数接收一个Context参数，并同时使用
inline和reified关键字让泛型T成为了一个被实化的泛型。

接下来就是神奇的地方了，Intent 接收的第二个参数本来应该是一个具体Activity 的Class类型，但由于现在T已经是一个
被实化的泛型了，因此这里我们可以直接传入T::class.java。最后调用Context的
startActivity()方法来完成Activity 的启动。

现在，如果我们想要启动TestA ctivity ，只需要这样写就可以了：

startActivity<TestActivity>(context) 

Kotlin 将能够识别出指定泛型的实际类型，并启动相应的Activity 。怎么样，是不是觉得代码瞬
间精简了好多？这就是泛型实化所带来的神奇功能。

不过，现在的startActivity()函数其实还是有问题的，因为通常在启用Activity 的时候还可
能会使用Intent 附带一些参数，比如下面的写法：

val intent = Intent(context, TestActivity::class.java) 
intent.putExtra("param1", "data") 
intent.putExtra("param2", 123) 
context.startActivity(intent) 

而经过刚才的封装之后，我们就无法进行传参了。

这个问题也不难解决，只需要借助高阶函数就可以轻松搞定。回到
reified.kt 文件当中，这里添加一个新的startActivity()函数重载，如下所示：

inline fun <reified T> startActivity(context: Context, block: Intent.() -> Unit) {val intent = Intent(context, T::class.java) intent.block() context.startActivity(intent) 
} 

可以看到，这次的startActivity()函数中增加了一个函数类型参数，并且它的函数类型是
定义在Intent 类当中的。在创建完Intent 的实例之后，随即调用该函数类型参数，并把Intent 的
实例传入，这样调用startActivity()函数的时候就可以在Lambda 表达式中为Intent 传递
参数了，如下所示：

startActivity<TestActivity>(context) { putExtra("param1", "data") putExtra("param2", 123) 
} 

不得不说，这种启动Activity 的代码写起来实在是太舒服了，泛型实化和高阶函数使这种语法结
构成为了可能，感谢Kotlin 提供了如此多优秀的语言特性。

泛型的协变

泛型的协变和逆变功能不太常用，而且我个人认为有点不容易理解。但是Kotlin 的内置API中使
用了很多协变和逆变的特性，因此如果想要对这个语言有更加深刻的了解，这部分内容还是有
必要学习一下的。

我在学习协变和逆变的时候查阅了很多资料，这些资料大多十分晦涩难懂，因此也让我对这两
个知识点产生了一些畏惧。但是真正掌握之后，发现其实也并不是那么难，所以这里我会尽量
使用最简明的方式来讲解这两个知识点，希望你可以轻松掌握。

在开始学习协变和逆变之前，我们还得先了解一个约定。一个泛型类或者泛型接口中的方法，
它的参数列表是接收数据的地方，因此可以称它为in位置，而它的返回值是输出数据的地方，因
此可以称它为out 位置，如图

有了这个约定前提，我们就可以继续学习了。首先定义如下3个类：

open class Person(val name: String, val age: Int) 
class Student(name: String, age: Int) : Person(name, age) 
class Teacher(name: String, age: Int) : Person(name, age) 

这里先定义了一个Person类，类中包含name和age这两个字段。然后又定义了Student和
Teacher这两个类，让它们成为Person类的子类。

现在我来问你一个问题：如果某个方法接收一个Person类型的参数，而我们传入一个Student
的实例，这样合不合法呢？很显然，因为Student是Person的子类，学生也是人呀，因此这是
一定合法的。

那么我再来升级一下这个问题：如果某个方法接收一个List类型的参数，而我们传
入一个List的实例，这样合不合法呢？看上去好像也挺正确的，但是Java 中是不
允许这么做的，因为List不能成为List的子类，否则将可能存在类型
转换的安全隐患。

为什么会存在类型转换的安全隐患呢？下面我们通过一个具体的例子进行说明。这里自定义一
个SimpleData类，代码如下所示：

class SimpleData<T> { private var data: T? = null fun set(t: T?) { data = t } fun get(): T? { return data } 
} 

SimpleData是一个泛型类，它的内部封装了一个泛型data字段，调用set()方法可以给data
字段赋值，调用get()方法可以获取data字段的值。

接着我们假设，如果编程语言允许向某个接收SimpleData参数的方法传入
SimpleData的实例，那么如下代码就会是合法的：

fun main() { val student = Student("Tom", 19) val data = SimpleData<Student>() data.set(student) handleSimpleData(data) // 实际上这行代码会报错，这里假设它能编译通过val studentData = data.get() 
} 
fun handleSimpleData(data: SimpleData<Person>) { val teacher = Teacher("Jack", 35) data.set(teacher) 
} 

发现这段代码有什么问题吗？在main()方法中，我们创建了一个Student的实例，并将它封装
到SimpleData当中，然后将SimpleData作为参数传递给
handleSimpleData()方法。但是handleSimpleData()方法接收的是一个
SimpleData参数（这里假设可以编译通过），那么在handleSimpleData()方法
中，我们就可以创建一个Teacher的实例，并用它来替换SimpleData参数中的原
有数据。这种操作肯定是合法的，因为Teacher也是Person的子类，所以可以很安全地将
Teacher的实例设置进去。

但是问题马上来了，回到main()方法当中，我们调用SimpleData的get()方法
来获取它内部封装的Student数据，可现在SimpleData中实际包含的却是一个
Teacher的实例，那么此时必然会产生类型转换异常。

所以，为了杜绝这种安全隐患，Java 是不允许使用这种方式来传递参数的。换句话说，即使
Student是Person的子类，SimpleData并不是SimpleData的子
类。

不过，回顾一下刚才的代码，你会发现问题发生的主要原因是我们在handleSimpleData()方
法中向SimpleData里设置了一个Teacher的实例。如果SimpleData在泛型T上是
只读的话，肯定就没有类型转换的安全隐患了，那么这个时候SimpleData可不可
以成为SimpleData的子类呢？

讲到这里，我们终于要引出泛型协变的定义了。假如定义了一个MyClass的泛型类，其中A
是B的子类型，同时MyClass< A > 又是 MyClass< B > 的子类型，那么我们就可以称 MyClass 在T
这个泛型上是协变的。

但是如何才能让 MyClass< A > 成为 MyClass< B > 的子类型呢？

刚才已经讲了，如果一个泛型类在其泛型类型的数据上是只读的话，那么它是没有类型转换安全隐患的。而要实现这一点，则
需要让MyClass类中的所有方法都不能接收T类型的参数。换句话说，T只能出现在out 位置
上，而不能出现在in位置上。

现在修改SimpleData类的代码，如下所示：

class SimpleData<out T>(val data: T?) { fun get(): T? { return data } 
} 

这里我们对SimpleData类进行了改造，在泛型T的声明前面加上了一个out关键字。这就意味
着现在T只能出现在out 位置上，而不能出现在in位置上，同时也意味着SimpleData在泛型T上
是协变的。

由于泛型T不能出现在in位置上，因此我们也就不能使用set()方法为data参数赋值了，所以这
里改成了使用构造函数的方式来赋值。你可能会说，构造函数中的泛型T不也是在in位置上的
吗？没错，但是由于这里我们使用了val关键字，所以构造函数中的泛型T仍然是只读的，因此
这样写是合法且安全的。另外，即使我们使用了var关键字，但只要给它加上private修饰
符，保证这个泛型T对于外部而言是不可修改的，那么就都是合法的写法。

经过了这样的修改之后，下面的代码就可以完美编译通过且没有任何安全隐患了：

fun main() { val student = Student("Tom", 19) val data = SimpleData<Student>(student) handleMyData(data) val studentData = data.get() 
} 
fun handleMyData(data: SimpleData<Person>) { val personData = data.get() 
} 

由于SimpleData类已经进行了协变声明，那么SimpleData自然就是
SimpleData的子类了，所以这里可以安全地向handleMyData()方法中传递参
数。

然后在handleMyData()方法中去获取SimpleData封装的数据，虽然这里泛型声明的是
Person类型，实际获得的会是一个Student的实例，但由于Person是Student的父类，向上
转型是完全安全的，所以这段代码没有任何问题。

学到这里，关于协变的内容你就掌握得差不多了，不过最后还有个例子需要回顾一下。前面我
们提到，如果某个方法接收一个List类型的参数，而传入的却是一个
List的实例， 在Java 中是不允许这么做的。注意这里我的用语，在Java 中是不允
许这么做的。

你没有猜错，在Kotlin 中这么做是合法的，因为Kotlin 已经默认给许多内置的API加上了协变声
明，其中就包括了各种集合的类与接口。还记得我们在第2章中学过的吗？Kotlin 中的List本身
就是只读的，如果你想要给List添加数据，需要使用MutableList 才行。既然List是只读的，也
就意味着它天然就是可以协变的，我们来看一下List简化版的源码：

public interface List<out E> : Collection<E> { override val size: Int override fun isEmpty(): Boolean override fun contains(element: @UnsafeVariance E): Boolean override fun iterator(): Iterator<E> public operator fun get(index: Int): E 
} 

List在泛型E的前面加上了out关键字，说明List在泛型E上是协变的。不过这里还有一点需要说
明，原则上在声明了协变之后，泛型E就只能出现在out 位置上，可是你会发现，在
contains()方法中，泛型E仍然出现在了in位置上。

这么写本身是不合法的，因为在in位置上出现了泛型E就意味着会有类型转换的安全隐患。但是
contains()方法的目的非常明确，它只是为了判断当前集合中是否包含参数中传入的这个元
素，而并不会修改当前集合中的内容，因此这种操作实质上又是安全的。那么为了让编译器能
够理解我们的这种操作是安全的，这里在泛型E的前面又加上了一个@UnsafeVariance注解，
这样编译器就会允许泛型E出现在in位置上了。但是如果你滥用这个功能，导致运行时出现了类
型转换异常，Kotlin 对此是不负责的。

泛型的逆变

理解了协变之后再来学习逆变，我觉得会相对比较容易一些，因为它们之间是有所关联的。
不过仅从定义上来看，逆变与协变却完全相反。那么这里先引出定义吧，假如定义了一个
MyClass < T >的泛型类，其中A是B的子类型，同时 MyClass< B > 又是 MyClass < A >的子类型，
那么我们就可以称MyClass在T这个泛型上是逆变的。协变和逆变的区别如图

协变与逆变的区别

从直观的角度上来思考，逆变的规则好像挺奇怪的，原本A是B的子类型，怎么MyClass能
反过来成为MyClass的子类型了呢？别担心，下面我们通过一个具体的例子来学习一下，
你就明白了。

这里先定义一个Transformer接口，用于执行一些转换操作，代码如下所示：

interface Transformer<T> { fun transform(t: T): String 
} 

可以看到，Transformer接口中声明了一个transform()方法，它接收一个T类型的参数，并
且返回一个String类型的数据，这意味着参数T在经过transform()方法的转换之后将会变成
一个字符串。至于具体的转换逻辑是什么样的，则由子类去实现，Transformer接口对此并不
关心。

那么现在我们就尝试对Transformer接口进行实现，代码如下所示：

fun main() { val trans = object : Transformer<Person> { override fun transform(t: Person): String { return "${t.name} ${t.age}" } } handleTransformer(trans) // 这行代码会报错
} 
fun handleTransformer(trans: Transformer<Student>) { val student = Student("Tom", 19) val result = trans.transform(student) 
} 

首先我们在main()方法中编写了一个Transformer的匿名类实现，并通过
transform()方法将传入的Person对象转换成了一个“姓名+ 年龄”拼接的字符串。而
handleTransformer()方法接收的是一个Transformer类型的参数，这里在
handleTransformer()方法中创建了一个Student对象，并调用参数的transform()方法
将Student对象转换成一个字符串。

这段代码从安全的角度来分析是没有任何问题的，因为Student是Person的子类，使用
Transformer的匿名类实现将Student对象转换成一个字符串也是绝对安全的，并
不存在类型转换的安全隐患。但是实际上，在调用handleTransformer()方法的时候却会提
示语法错误，原因也很简单，Transformer并不是Transformer的子
类型。

那么这个时候逆变就可以派上用场了，它就是专门用于处理这种情况的。修改Transformer接
口中的代码，如下所示：

interface Transformer<in T> { fun transform(t: T): String 
} 

这里我们在泛型T的声明前面加上了一个in关键字。这就意味着现在T只能出现在in位置上，而
不能出现在out 位置上，同时也意味着Transformer在泛型T上是逆变的。

没错，只要做了这样一点修改，刚才的代码就可以编译通过且正常运行了，因为此时
Transformer已经成为了Transformer的子类型。

逆变的用法大概就是这样了，如果你还想再深入思考一下的话，可以想一想为什么逆变的时候
泛型T不能出现在out 位置上？为了解释这个问题，我们先假设逆变是允许让泛型T出现在out 位
置上的，然后看一看可能会产生什么样的安全隐患。

修改Transformer中的代码，如下所示：

interface Transformer<in T> { fun transform(name: String, age: Int): @UnsafeVariance T 
} 

可以看到，我们将transform()方法改成了接收name和age这两个参数，并把返回值类型改成
了泛型T。由于逆变是不允许泛型T出现在out 位置上的，这里为了能让编译器正常编译通过，所
以加上了@UnsafeVariance注解，这和List源码中使用的技巧是一样的。

那么，这个时候可能会产生什么样的安全隐患呢？我们来看一下如下代码就知道了：

fun main() { val trans = object : Transformer<Person> { override fun transform(name: String, age: Int): Person {return Teacher(name, age) } } handleTransformer(trans) 
} 
fun handleTransformer(trans: Transformer<Student>) { val result = trans.transform("Tom", 19) 
} 

上述代码就是一个典型的违反逆变规则而造成类型转换异常的例子。在
Transformer的匿名类实现中，我们使用transform()方法中传入的name和age
参数构建了一个Teacher对象，并把这个对象直接返回。由于transform()方法的返回值要求
是一个Person对象，而Teacher是Person的子类，因此这种写法肯定是合法的。

但在handleTransformer()方法当中，我们调用了Transformer的
transform()方法，并传入了name和age这两个参数，期望得到的是一个Student对象的返
回，然而实际上transform()方法返回的却是一个Teacher对象，因此这里必然会造成类型转
换异常。

由于这段代码是可以编译通过的，那么我们可以运行一下，打印出的异常信息如图

逆变使用不当造成的类型转换异常

可以看到，提示我们Teacher类型是无法转换成Student类型的。

也就是说，Kotlin 在提供协变和逆变功能时，就已经把各种潜在的类型转换安全隐患全部考虑进
去了。只要我们严格按照其语法规则，让泛型在协变时只出现在out 位置上，逆变时只出现在in
位置上，就不会存在类型转换异常的情况。虽然@UnsafeVariance注解可以打破这一语法规
则，但同时也会带来额外的风险，所以你在使用@UnsafeVariance注解时，必须很清楚自己
在干什么才行。

最后我们再来介绍一下逆变功能在Kotlin 内置API中的应用，比较典型的例子就是Comparable
的使用。Comparable是一个用于比较两个对象大小的接口，其源码定义如下：

interface Comparable<in T> { operator fun compareTo(other: T): Int 
} 

可以看到，Comparable在T这个泛型上就是逆变的，compareTo()方法则用于实现具体的比
较逻辑。那么这里为什么要让Comparable接口是逆变的呢？想象如下场景，如果我们使用
Comparable实现了让两个Person对象比较大小的逻辑，那么用这段逻辑去比较两
个Student对象的大小也一定是成立的，因此让Comparable成为
Comparable的子类合情合理，这也是逆变非常典型的应用。