如何实例化泛型类型？

Question

我正在为 Java 项目制作一些数学课程。我有一个 Vector3 类，但我还需要 Vector4 和 Vector2，但显然我不想复制粘贴我的代码 3 次。所以我所做的是一个 Vector 类，它将成为所有向量的母类。我可以只使用没有子类的 Vector 类，但我更喜欢使用这些子类，因为我可以在它们上面添加特定的东西，比如 Vector3 中的欧拉角操作，而且我想使用 Vector4 作为四元数的母类。无论如何，这是我简化的 Vector 类：public class Vector {    public double[] values;    public Vector(double[] values) {        this.values = values;    }    public int getLength() {         return values.length;     }    public static <T extends Vector> T multiply(T vector, double k) {        double[] values = new double[vector.getLength()];        for(int i = 0; i < values.length; i++)            values[i] = k* vector.values[i];        return new T(values);    }}public class Vector3 extends Vector {    public Vector3(double[] values) {        super(values);    }}问题是编译器不会让我实例化一个 T：“类型参数 T 不能直接实例化”。但是我需要这个 T 因为我需要返回的向量与发送的向量类型相同。如果我执行 new Vector2(4,2).multiply(42)，我需要得到一个 Vector2 而不是一个 Vector。我还可以在 Vector2 中创建一个乘法方法，该方法调用 Vector multiply，然后将值复制到 Vector2 中，但是 1. 这很糟糕，2. 这意味着子向量之间有很多复制粘贴，3. 我需要性能，所以那不理想。我知道我可以使用反射来解决问题，但这些方法对性能至关重要，所以我必须尽可能简单。我还考虑过更改参数中的向量，这样我就不必实例化一个新的向量，但这是一个非常糟糕的主意，因为它会导致奇怪的行为。任何帮助表示赞赏。

Answer 1

最简单的方法似乎是在Vector类上有一个实例方法：

Vector make(double[] values) {

  return new Vector(values);

}

然后在每个子类中覆盖它，使用协变返回类型：

class Vector3 extends Vector {

  //...

  @Override Vector3 make(double[] values) {

    return new Vector3(values);

  }

  //...

}

然后你可以在你的 multiply 方法中调用它。

return vector.make(values);

但老实说，我不会尝试将向量的长度编码为类型。当你需要一个包含 57032 个元素的向量时会发生什么？您肯定不想为此创建一个特定的类，对吗？如果您有两个Vector具有相同数量元素的不同子类，会发生什么情况：它们是否兼容（例如相加）？

更自然地处理向量的语言（例如 MATLAB）不会将其构建到类型中；问问自己是否真的需要这里。

Answer 2

如果它对性能至关重要，您实际上可能会考虑让 multiply 方法改变向量的状态，而不是创建一个新的。在我看来，这并不奇怪，只要它是确定性的和记录在案的行为即可。

但是，对于不可变向量类，您需要clone向量。

public class Vector implements Cloneable {

    // not a good idea to make it public, if you don't want any changes here

    private double[] values;

    public static <T extends Vector> T multiply(T vector, double k) {

        Vector temp = vector.clone();

        for(int i = 0; i < temp.values.length; i++)

            temp.values[i] = k * temp.values[i];

        // the clone method guarantees that 'temp' is of type T,

        // but since it is not generic, the compiler cannot check it

        @SuppressWarnings("unchecked") 

        T result = (T)temp;

        return result;

    }

    protected Vector clone() {

        try {

            Vector vector = (Vector)super.clone();

            vector.values = Arrays.copyOf(values, values.length);

            return vector;

        } catch (final CloneNotSupportedException exc) {

            // this is a weird design choice of `Object.clone()`, too,

            // but back then, we did not have annotations or anything equivalent

            throw new AssertionError("we forgot to implement java.lang.Cloneable", exc);

        }

    }

}