编译期处理-语法糖
[TOC]
编译期处理
所谓的 语法糖 ，其实就是指 java 编译器把 *.java 源码编译为 *.class 字节码的过程中，自动生成 和转换的一些代码，主要是为了减轻程序员的负担，算是 java 编译器给我们的一个额外福利（给糖吃嘛）
注意，以下代码的分析，借助了 javap 工具，idea 的反编译功能，idea 插件 jclasslib 等工具。另外， 编译器转换的结果直接就是 class 字节码，只是为了便于阅读，给出了 几乎等价 的 java 源码方式，并不是编译器还会转换出中间的 java 源码，切记。
3.1 默认构造器
public class public class Candy1 { }
编译成class后的代码：
public class public class Candy1 {
// 这个无参构造是编译器帮助我们加上的
public Candy1() {
super(); // 即调用父类 Object 的无参构造方法，即调用 java/lang/Object." ":()V
}
}
3.2 自动拆装箱
这个特性是 JDK 5 开始加入的， 代码片段1 ：
public class public class Candy2 {
public static void main(String[] args) {
Integer x = 1;
int y = x;
}
}
这段代码在 JDK 5 之前是无法编译通过的，必须改写为 代码片段 2 :
public class public class Candy2 {
public static void main(String[] args) {
Integer x = Integer.valueOf(1);
int y = x.intValue();
}
}
显然之前版本的代码太麻烦了，需要在基本类型和包装类型之间来回转换（尤其是集合类中操作的都是 包装类型），因此这些转换的事情在 JDK 5 以后都由编译器在编译阶段完成。即 `代码片段1` 都会在编 译阶段被转换为 `代码片段2` 3.3 泛型集合取值
泛型也是在 JDK 5 开始加入的特性，但 java 在编译泛型代码后会执行 泛型擦除 的动作，即泛型信息 在编译为字节码之后就丢失了，实际的类型都当做了 Object 类型来处理：
public class public class Candy3 {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
list.add(10); // 实际调用的是 List.add(Object e)
Integer x = list.get(0); // 实际调用的是 Object obj = List.get(int index);
}
}
所以在取值时，编译器真正生成的字节码中，还要额外做一个类型转换的操作：
// 需要将 Object 转为 Integer
Integer x = (Integer)list.get(0);如果前面的
x 变量类型修改为 int 基本类型那么最终生成的字节码是：
// 需要将 Object 转为 Integer, 并执行拆箱操作
int x = ((Integer)list.get(0)).intValue();还好这些麻烦事都不用自己做。
擦除的是字节码上的泛型信息，可以看到 LocalVariableTypeTable 仍然保留了方法参数泛型的信息
public cn.itcast.jvm.t3.candy.Candy3();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V
4: return
LineNumberTable:
line 11: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcn/itcast/jvm/t3/candy/Candy3;
public static void main(java.lang.String[]);
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1
-------new ArrayList对象----------
0: new #2 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: bipush 10
11: invokestatic #4 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
//add方法的参数类型实际是Object类型
14: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
19: pop
20: aload_1
21: iconst_0
//get方法的参数类型实际是Object类型
22: invokeinterface #6, 2 // InterfaceMethod java/util/List.get:(I)Ljava/lang/Object;
// 强制类型转换
27: checkcast #7 // class java/lang/Integer
30: astore_2
31: return
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 8
line 10: 20
line 11: 31
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 32 0 args [Ljava/lang/String;
8 24 1 list Ljava/util/List;
LocalVariableTypeTable:
Start Length Slot Signature
8 24 1 Ljava/util/List;
list.add 和 get 方法在bycecode层面上的参数类型都是Object类型，最后会执行checkcast指令进行类型转换为真实类型
方法体内部的泛型在虚拟机执行时会进行泛型擦除
使用反射，能够获得方法参数和返回值中的泛型信息：
public Set<Integer> testpublic Set<Integer> test(List list, Map map) { }
Method test = Candy3.class.getMethod("test", List.class, Map.class);
Type[] types = test.getGenericParameterTypes();
for (Type type : types) {
if (type instanceof ParameterizedType) {
ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) type;
System.out.println("原始类型 - " + parameterizedType.getRawType());
Type[] arguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
for (int i = 0; i < arguments.length; i++) {
System.out.printf("泛型参数[%d] - %s\n", i, arguments[i]);
}
}
}
输出
原始类型 -原始类型 - interface java.util.List
泛型参数[0] - class java.lang.String
原始类型 - interface java.util.Map
泛型参数[0] - class java.lang.Integer
泛型参数[1] - class java.lang.Object
3.4 可变参数
可变参数也是 JDK 5 开始加入的新特性： 例如：
public class public class Candy4 {
public static void foo(String... args) {
String[] array = args;
// 直接赋值
System.out.println(array);
}
public static void main(String[] args) {
foo("hello", "world");
}
}
可变参数 String... args 其实是一个 String[] args ，从代码中的赋值语句中就可以看出来。 同 样 java 编译器会在编译期间将上述代码变换为：
public class public class Candy4 {
public static void foo(String[] args) {
String[] array = args;
// 直接赋值
System.out.println(array);
}
public static void main(String[] args) {
foo(new String[]{"hello", "world"});
}
}
注意 如果调用了 foo() 则等价代码为 foo(new String[]{}) ，创建了一个空的数组，而不会 传递 null 进去
3.5 foreach 循环
仍是 JDK 5 开始引入的语法糖，数组的循环：
public class public class Candy5_1 {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
// 数组赋初值的简化写法也是语法糖哦
for (int e : array) {
System.out.println(e);
}
}
}
会被编译器转换为：
public class public class Candy5_1 {
public Candy5_1() {}
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < array.length; ++i) {
int e = array[i];
System.out.println(e);
}
}
}
而集合的循环：
public class public class Candy5_2 {
public static void main(String[] args) {
List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
for (Integer i : list) {
System.out.println(i);
}
}
}
实际被编译器转换为对迭代器的调用：
public class public class Candy5_2 {
public Candy5_2() {}
public static void main(String[] args) {
List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
Integer e = (Integer) iter.next();
System.out.println(e);
}
}
}
注意 foreach 循环写法，能够配合数组，以及所有实现了 Iterable 接口的集合类一起使用，其 中 Iterable 用来获取集合的迭代器（ Iterator ）
3.6 switch 字符串
从 JDK 7 开始，switch 可以作用于字符串和枚举类，这个功能其实也是语法糖，例如：
public class public class Candy6_1 {
public static void choose(String str) {
switch (str) {
case "hello": {
System.out.println("h");
break;
}
case "world": {
System.out.println("w");
break;
}
}
}
}
注意
switch 配合 String 和枚举使用时，变量不能为null，原因分析完语法糖转换后的代码应当自 然清楚
会被编译器转换为：
public class public class Candy6_1 {
public Candy6_1() { }
public static void choose(String str) {
byte x = -1;
switch (str.hashCode()) {
case 99162322: // hello 的 hashCode
if (str.equals("hello")) {
x = 0;
}
break;
case 113318802: // world 的 hashCode
if (str.equals("world")) {
x = 1;
}
}
switch (x) {
case 0:
System.out.println("h");
break;
case 1:
System.out.println("w");
}
}
}
可以看到，执行了两遍 switch，第一遍是根据字符串的 hashCode 和 equals 将字符串的转换为相应 byte 类型，第二遍才是利用 byte 执行进行比较。
为什么第一遍时必须既比较 hashCode，又利用 equals 比较呢？hashCode 是为了提高效率，减少可 能的比较；而 equals 是为了防止 hashCode 冲突，例如 BM 和 C. 这两个字符串的hashCode值都是 2123 ，如果有如下代码：
public class public class Candy6_2 {
public static void choose(String str) {
switch (str) {
case "BM": {
System.out.println("h");
break;
}
case "C.": {
System.out.println("w");
break;
}
}
}
}
会被编译器转换为：
public class public class Candy6_2 {
public Candy6_2() { }
public static void choose(String str) {
byte x = -1;
switch (str.hashCode()) {
case 2123: // hashCode 值可能相同，需要进一步用 equals 比较
if (str.equals("C.")) {
x = 1;
} else if (str.equals("BM")) {
x = 0;
}
default:
switch (x) {
case 0:
System.out.println("h");
break;
case 1:
System.out.println("w");
}
}
}
}
3.7 switch 枚举
switch 枚举的例子，原始代码：
enum Sex {
MALE, FEMALE
}public class public class Candy7 {
public static void foo(Sex sex) {
switch (sex) {
case MALE:
System.out.println("男"); break;
case FEMALE:
System.out.println("女"); break;
}
}
}
转换后代码：
public class public class Candy7 {
/**
* 定义一个合成类,$MAP这个名字自己取的，jvm中不是这样（仅 jvm 使用，对我们不可见）
* 用来映射枚举的 ordinal 与数组元素的关系
* 枚举的 ordinal 表示枚举对象的序号，从 0 开始
* 即 MALE 的 ordinal()=0，FEMALE 的 ordinal()=1
*/
static class $MAP {
// 数组大小即为枚举元素个数，里面存储case用来对比的数字
static int[] map = new int[2];
static {
map[Sex.MALE.ordinal()] = 1;
map[Sex.FEMALE.ordinal()] = 2;
}
}
public static void foo(Sex sex) {
int x = $MAP.map[sex.ordinal()];
switch (x) {
case 1:
System.out.println("男");
break;
case 2:
System.out.println("女");
break;
}
}
}
3.8 枚举类
JDK 5 新增了枚举类，以前面的性别枚举为例：
enum Sex {
MALE, FEMALE
}转换后代码：
public final class Sex extends Enum<public final class Sex extends Enum<Sex> {
public static final Sex MALE;
public static final Sex FEMALE;
private static final Sex[] $VALUES;
static {
MALE = new Sex("MALE", 0);
FEMALE = new Sex("FEMALE", 1);
$VALUES = new Sex[]{MALE, FEMALE};
}
/**
* Sole constructor. Programmers cannot invoke this constructor.
* It is for use by code emitted by the compiler in response to
* enum type declarations.
*
* @param name - The name of this enum constant, which is the identifier used to declare it.
*
* @param ordinal - The ordinal of this enumeration constant (its position in the enum declaration, where the initial constant is assigned
*/
private Sex(String name, int ordinal) {
super(name, ordinal);
}
public static Sex[] values() {
return $VALUES.clone();
}
public static Sex valueOf(String name) {
return Enum.valueOf(Sex.class, name);
}
}
3.9 匿名内部类
源代码：
public class public class Candy11 {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("ok");
}
};
}
}
转换后代码：
// 额外生成的类
final class Candy11$1 implements Runnable {
Candy11$1() { }
public void run() {
System.out.println("ok");
}
}
public class Candy11 {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new Candy11$1();
}
}引用局部变量的匿名内部类，源代码：
public class public class Candy11 {
public static void test(final int x) {
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("ok:" + x);
}
};
}
}
转换后代码：
// 额外生成的类
final class Candy11$1 implements Runnable {
int val$x;
Candy11$1(int x) {
this.val$x = x;
}
public void run() {
System.out.println("ok:" + this.val$x);
}
}
public class Candy11 {
public static void test(final int x) {
Runnable runnable = new Candy11$1(x);
}
}注意 这同时解释了为什么匿名内部类引用局部变量时，局部变量必须是 final 的：因为在创建 Candy11$1 对象时，将 x 的值赋值给了 Candy11$1 对象的 val$x 属 性 ，所以x 不应该再发生变化了,如果 变化 ， 那 么 val$x 属性没有机会再跟着一起变化 .
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