Java 类型转换和泛型原理（JVM 层面）

一、类型转换

概念解释：

编译类型：在编译时确定，保存在虚拟机栈的栈帧中的局部变量表中；

运行类型：在运行时确定，由保存在局部变量表中变量指向的堆中对象实例的类型决定（存储在对象头中）；

合法性：运行类型必须是变量类型本身或其子类，否则会抛出 ClassCastException 等异常

在进行强制类型转换时，做的操作非常简单，检查被转换的变量指向的堆中实例类型和转换后的类型是否合法。

// 向上转向，安全的（子类包含父类的所有信息）
// animal 的编译类型是 Animal，运行类型是 Dog
Animal animal = new Dog(); 
// 向下转型，将animal引用转换为Dog类型的引用
Dog dog = (Dog) animal; 

二、泛型

Java 泛型的底层原理是通过 泛型擦除 实现的。

1. 编译时进行类型检查；
2. 编译时将泛型类型擦除，替换为对应的边界类型（未指定时替换为 Object）
   1. 例如：List<T> -> List<Object>、List<T extends Animal> -> List<Animal>

      1. 也就是说 JVM 堆中的对象实例中的类型是替换后的类型；

   2. 为什么需要擦除：泛型是在 JDK 1.5 中引入的，擦除是为了兼容性；
3. 编译时插入强制类型转换代码

Box<String> box = new Box<>();
box.set("Hello");
String str = box.get();// 编译时生成强制类型转换代码
String str = (String) box.get();

Java 中的泛型并不是真正的泛型，因为在运行是，泛型被擦除了。

而 C++ 中通过模板的方式，在创建泛型类时，会创建和传入的类型相同的类实例。

// 模板
template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}int result1 = add(1, 2); // 实例化为 add<int>
double result2 = add(1.5, 2.5); // 实例化为 add<double>// 编译器生成两份独立的代码
int add<int>(int a, int b) { return a + b; }
double add<double>(double a, double b) { return a + b; }