Java 理论与实践: 伪typedef反模式

　　将泛型添加到 Java 语言中增加了类型系统的复杂性，提高了许多变量和方法声明的冗长程度。因为没有提供 “typedef” 工具来定义类型的简短名称，所以有些开发人员转而把扩展当作 “穷人的 typedef”，结果收到了良好的效果。

　　对于 Java 5.0 中新增的泛型工具，一个常见的抱怨就是，它使代码变得太冗长。原来用一行就够的变量声明不再存在了，与声明参数化类型有关的重复非常讨厌，特别是还没有良好地支持自动补足的 IDE。例如，如果想声明一个 Map，它的键是 Socket，值是 Future<String>，那么老方法就是：

Map socketOwner = new HashMap(); 

　　比新方法紧凑得多：

 

Map<Socket, Future<String>> socketOwner  

  = new HashMap<Socket, Future<String>>();   

　　当然，新方法内置了更多类型信息，减少了编程错误，提高了程序的可读性，但是确实带来了更多声明变量和方法签名方面的前期工作。类型参数在声明和初始化中的重复看起来尤其没有必要；Socket 和 Future<String> 需要输入两次，这迫使我们违犯了 “DRY” 原则（不要重复自己）。

　　合成类似于 typedef 的东西

　　添加泛型给类型系统增加了一些复杂性。在 Java 5.0 之前，“type” 和 “class” 几乎是同义的，而参数化类型，特别是那些绑定的通配类型，使子类型和子类的概念有了显著区别。类型 ArrayList<?>、ArrayList<? extends Number> 和 ArrayList<Integer> 是不同的类型，虽然它们是由同一个类 ArrayList 实现的。这些类型构成了一个层次结构；ArrayList<?> 是 ArrayList<? extends Number> 的超类型，而 ArrayList<? extends Number> 是 ArrayList<Integer> 的超类型。

　　对于原来的简单类型系统，像 C 的 typedef 这样的特性没有意义。但是对于更复杂的类型系统，typedef 工具可能会提供一些好处。不知是好还是坏，总之在泛型加入的时候，typedef 没有加入 Java 语言。

　　有些人用作 “穷人的 typedef” 的一个（坏的）做法是一个小小的扩展：创建一个类，扩展泛型类型，但是不添加功能，例如 SocketUserMap 类型，如清单 1 所示：

　　清单 1. 伪 typedef 反模式 —— 不要这么做

 

public class SocketUserMap extends HashMap<Socket<Future<String>> { } 

SocketUserMap socketOwner = new SocketUserMap(); 

　　我将这个技巧称为伪 typedef 反模式，它实现了将 socketOwner 定义简化为一行的这一（有问题的）目标，但是有些副作用，最终成为重用和维护的障碍。（对于有明确的构造函数而不是无参构造函数的类来说，派生类也需要声明每个构造函数，因为构造函数没有被继承。）

　　伪类型的问题

　　在 C 中，用 typedef 定义一个新类型更像是宏，而不是类型声明。定义等价类型的 typedef，可以与原始类型自由地互换。清单 2 显示了一个定义回调函数的示例，其中在签名中使用了一个 typedef，但是调用者提供给回调的是一个等价类型，而编译器和运行时都可以接受它：

　　清单 2. C 语言的 typedef 示例

 

// Define a type called "callback" that is a function pointer 

typedef void (*Callback)(int); 



void doSomething(Callback callback) { } 



// This function conforms to the type defined by Callback 

void callbackFunction(int arg) { } 



// So a caller can pass the address of callbackFunction to doSomething 

void useCallback() { 

  doSomething(&callbackFunction);  

} 

　　扩展不是类型定义

　　用 Java 语言编写的试图使用伪 typedef 的等价程序就会出现麻烦。清单 3 的 StringList 和 UserList 类型都扩展了一个公共超类，但是它们不是等价的类型。这意味着任何想调用 lookupAll 的代码都必须传递一个 StringList，而不能是 List<String> 或 UserList。

　　清单 3. 伪类型如何把客户限定在只能使用伪类型

 

class StringList extends ArrayList<String> { } 

class UserList extends ArrayList<String> { } 

... 

class SomeClass { 

    public void validateUsers(UserList users) { ... } 

    public UserList lookupAll(StringList names) { ... } 

} 

　　这个限制要比初看上去严格得多。在小程序中，可能不会有太大差异，但是当程序变大的时候，使用伪类型的需求就会不断地造成问题。如果变量类型是 StringList，就不能给它分配普通的 List<String>，因为 List<String> 是 StringList 的超类型，所以不是 StringList。就像不能把 Object 分配给类型为 String 的变量一样，也不能把 List<String> 分配给类型为 StringList 的变量（但是，可以反过来，例如，可以把 StringList 分配给类型为 List<String> 的变量，因为 List<String> 是 StringList 的超类型。）

　　同样的情况也适用于方法的参数；如果一个方法参数是 StringList 类型，那么就不能把普通的 List<String> 传递给它。这意味着，如果不要求这个方法的每次使用都使用伪类型，那么根本不能用伪类型作为方法参数，而这在实践当中就意味着在库 API 中根本就不能使用伪类型。而且大多数库 API 都源自本来没想成为库代码的那些代码，所以 “这个代码只是给我自己的，没有其他人会用它” 可不是个好借口（只要您的代码有一点儿用处，别人就有可能会使用它；如果您的代码臭得很，那您可能是对的）。

　　伪类型会传染

　　这种 “病毒” 性质是让 C 代码的重用有困难的因素之一。差不多每个 C 包都有头文件，定义工具宏和类型，像 int32、boolean、true、false，诸如此类。如果想在一个应用程序内使用几个包，而它们对于这些公共条目没有使用相同的定义，那么即使要编译一个只包含所有头文件的空程序，之前也要在 “头文件地狱” 问题上花好长时间。如果编写的 C 应用程序要使用许多来自不同作者的不同的包，那么几乎肯定要涉及一些这类痛苦。另一方面，对于 Java 应用程序来说，在没有这类痛苦的情况下使用许多甚至更多的包，是非常常见的事。如果包要在它们的 API 中使用伪类型，那么我们可能就要重新经历早已留在痛苦回忆中的问题。

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