Java泛型：泛型的定义（类接口对象）使用继承

Posted 2020-09-30 mrzhang1

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1. 设计泛型的初衷：

    1) 主要是为了解决Java容器无法记忆元素类型的问题：

         i. 由于Java设计之初并不知道会往容器中存放什么类型的元素，因此元素类型都设定为Object，这样就什么东西都能放了！

         ii. 但是这样设计有明显的缺点：

             a. 取出元素的时候必须进行强制类型转换（尽管集合在运行时里面元素的“运行时类型”不变，即元素的getClass返回的还是最初自己的类型而不是Object）；

             b. 如果不小心往集合里加了不相同类型的元素可能会导致类型异常（进行equals、compare比较的时候尤为明显）；

             c. 由于没有类型就需要在很多地方进行强制类型转换，但是这样做增加了编程的复杂度，并且代码也不美观（臃肿），维护起来也更加困难；

    2) 泛型的概念定义：

         i. 从Java 5开始，引入了参数化类型（Parameterized Type）的概念，改造了所有的Java集合，使之都实现泛型，允许程序在创建集合时就可以指定集合元素的类型，比如List<String>就表名这是一个只能存放String类型的List；

         ii. 泛型（Generic）：就是指参数化类型，上面的List<String>就是参数化类型，因此就是泛型，而String就是该List<String>泛型的类型参数；

    3) 泛型的好处：

         i. 使集合可以记住元素类型，即取出元素的时候无需进行强制类型转化了，可以直接用原类型的引用接收；

         ii. 一旦指定了性参数那么集合中元素的类型就确定了，不能添加其他类型的元素，否则会直接编译保存，这就可以避免了“不小心放入其他类型元素”的可能；

         iii. 上述保证了如果在编译时没有发出警告，则在运行时就一定不会产生类型转化异常（ClassCastException）；

         iv. 显然，泛型使编程更加通用，并且代码也更加简洁，代码更加容易维护；

 

2. 创建泛型对象——自动类型推断的菱形语法：

    1) 首先，定义泛型引用一定要使用尖括号指定类型参数，例如：List<String> list、Map<String, Integer>等，其中的String、Integer之类的就是类型参数；

    2) 其次，使用构造器构造泛型对象的时候可以指定类型参数也可以不指定，例如：

         i. List<String> list = new List<String>();  // 这当然是对的

         ii. List<String> list = new List<>();  // 这样对，因为List的类型参数可以从引用推断出！

！！但是引用的类型参数是一定要加的，否则无法推断；

    3) 由于<>很像菱形，因此上面的语法也叫做菱形语法；

    4) 错误提示：引用无类型参数但构造器有类型参数的写法是不对的！例如，List list = new List<String>();

！！至于为什么不对，这会在泛型原理的章节中详细介绍，这里先记住这样写不对就行了！

！反正就是一个原则，泛型引用是一定要指定类型参数的！！

    5) 示例：

 

[java] view plain copy

 

1. public class Test {  
2.       
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  
5.         list.add("lala");  
6.         list.add("haha");  
7.         // list.add(5); // 类型不符，直接报错！！  
8.         list.forEach(ele -> System.out.println(ele)); // 可以看到取出的ele无需强制类型转换，直接就是String类型的  
9.         // 说明泛型集合能记住元素的类型，代码简洁了很多  
10.           
11.         HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();  
12.         map.put("abc", 15);  
13.         map.put("def", 88);  
14.         map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + " : " + value)); // 可以看到key、value同样无需强制类型转化  
15.     }  
16. }  

 

 

3. 定义泛型类、接口：

    1) 不仅Java的集合都定义成了泛型，用户自己也可以定义任意泛型的类、接口，只要在定义它们时用<>来指定类型参数即可；

    2) 例如：public class Fruit<T> { ... }，其中<T>指定了该泛型的类型参数，这个T是一个类型参数名，用户可以任意命名（就像方法参数的形参名一样），只有在定义该泛型的对象时将T替换成指定的具体类型从而产生一个实例化的泛型对象，例如：Fruit<String> fruit = new Fruit<>(...);

    3) 类型形参可以在整个接口、类体内当成普通类型使用，集合所有可使用普通类型的地方都可以使用类型形参，例如：

 

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1. public interface MyGneric<E> {  
2.     E add(E val);  
3.     Set<E> makeSet();  
4.     ...  
5. }  

！！可以看到，在接口内/类体内甚至还可以使用该类型形参运用泛型！例如上面makeSet方法返回一个泛型Set；

 

    4) 定义泛型构造器：泛型的构造器还是类名本身，不用使用菱形语法，例如

 

[java] view plain copy

 

1. public class MyGenric<T> {  
2.     MyGeneric(...) { ... }  
3.     ...  
4. }  

！定义构造器无需MyGeneric<T>(...) { ... }了，只有在new的时候需要用到菱形语法；

 

4. 实现/继承泛型接口/泛型类：

    1) 定义泛型和使用泛型的概念：主要区别就是定义和使用

         i. 那Java的方法做类比，Java的方法在定义的时候使用的都是形参（虚拟参数），但是在调用方法（使用方法）的时候必须传入实参；

         ii. 同样泛型也有这个特点，泛型的类型参数和方法的参数一样，也是一种参数，只不过是一种特殊的参数，用来表示未知的类型罢了；

         iii. 因此，泛型也是在定义的时候必须使用形参（虚拟参数，用户自己随意命名），但是在使用泛型的时候（比如定义泛型引用、继承泛型）就必须使用实参，而泛型的实参就是具体的类型，像String、Integer等具体的类型（当然也可以是自定义类型）；

    2) 泛型定义的时候使用形参，例如：public class MyGeneric<T> { ... }  // T就是一个自己随意命名的类型形参

    3) 使用泛型的时候必须传入实参：

         i. 定义引用（对象）的时候毫无疑问，肯定需要传实参：ArrayList<String> list = ...;   // 必须用具体的类型，像这里就是String来代替形参，即实参

         ii. 实现/继承一个泛型接口/类的时候：

！！你在实现/继承一个接口/类的时候实际上是在使用该接口/类，比如：public class Son extends Father { ... }中Father这个类就是正在被使用，毫无疑问，必定是在使用；

！！因此泛型其实无法继承/实现，因为在实现/继承的时候必须为泛型传入类型实参，给定实参后它就是一个具体的类型了，就不再是泛型了

！！示例：public class MyType extends MyGeneric<String> { ... } // implements、extends的时候必须传入类型实参，因为实在使用泛型！！

！！原则上，任何编程语言都不允许泛型模板层层继承！！

    4) 继承之后，父类/接口中的所有方法中的类型参数都将变成具体的类型，你在子类中覆盖这些方法的时候一定要用具体的类型，不能继续使用泛型的类型形参了，例如：

 

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1. class Father<T> {  
2.     T info;  
3.     public Father(T info) {  
4.         this.info = info;  
5.     }  
6.     public T get() {  
7.         return info;  
8.     }  
9.     public T set(T info) {  
10.         T oldInfo = this.info;  
11.         this.info = info;  
12.         return this.info;  
13.     }  
14. }  
15.   
16. class Son extends Father<String> { // 所有从父类继承来的方法的类型参数全部都确定为String了  
17.     // 因此在覆盖的时候都要使用具体的类型实参了！  
18.       
19.     public Son(String info) {  
20.         super(info);  
21.     }  
22.   
23.     @Override  
24.     public String get() {  
25.         return "haha";  
26.     }  
27.   
28.     @Override  
29.     public String set(String info) {  
30.         return "lala";  
31.     }  
32.       
33. }  

！！这一定能保证，这三个方法都是从父类中继承来的，只不过类型形参T被实例化成了String；

 

5. 泛型参数继承：

    1) 上面派生出来的类不是泛型，是一个实体类型，因为其继承的泛型是具有类型实参的，而Java还支持一种特殊的语法，可以让你从泛型继续派生出泛型，而泛型的类型参数可以继续传承下去；

    2) 语法如下：

 

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1. class Father<T> { ... }  
2.   
3. class Son<T> extends Father<T> { ... }  

！即子泛型可以传承父泛型的泛型参数，那么在子类中泛型参数T就和父类的完全相同，还是照常使用（和父类一样正常使用）；

 

    3) 注意：

         i. 这里extends Father<T>了，因此父类泛型Father就是被使用了，而按照之前讲的规则，使用给一个泛型是必须要指定类型实参的！因此这里的这个语法是一种特殊语法，Java专门为这种语法开了后门，这种语法只有在类型参数传承的时候才会用到（即上面这种应用）；

         ii. 一旦使用了这种语法，就表示要进行类型参数的传承了（即父类的T传递给子类继续使用，因此子类也是一个跟父类一样的泛型）；

         iii. 并且一旦使用了这种语法，那么子类定义中的Son<T>和extends Father<T>中的类型参数必须和定义父类时的类型参数名完全一样！！

              a. 以下三种情况全部错误（全部发生编译报错）：

 

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1. class Father<T> { }  
2. class Son<E> extends Father<T> { }  
3.   
4. class Father<T> { }  
5. class Son<T> extends Father<E> { }  
6.   
7. class Father<T> { }  
8. class Son<E> extends Father<E> { }  

！！必须全部使用和父类定义相同的类型参数名（T）！才行，这是Java语法的特殊规定；

 

    4) 其实Java容器中很多类/接口都是通过类型参数传承来定义的：

         i. 最典型的例子就是：public interface List<T> extends Collection<T> { ... }

         ii. 虽然"如果A是B的父类，但Generic<A>不是Generic<B>"的父类，但"如果A是B的父类，那A<T>一定是B<T>的父类"！这是一定的；

         iii. 因为类型参数传承的定义方式本身就是：Son<T> extends Father<T>，那Father<T>一定是Son<T>的父类咯！

 

 

6. 在使用泛型的时候可以不使用菱形语法指定实参，直接裸用类型名：

    1) 例如：

         i. 定义引用（对象）时裸用类名：ArrayList list = new ArrayList(); // 当然也可以写成ArrayList list = new ArrayList<>();

         ii. 实现/继承：public class MyType extends MyGeneric { ... }

！！上面使用的类型或者接口在定义的时候都是泛型！！但是使用它们的时候忽略类型参数（都不用加菱形）；

    2) Java规定，一个泛型无论如何、在任何地方、不管如何使用，它永远都是泛型，因此这里既是你忽略类型实参它底层也是一个泛型，那么它的类型实参会是什么呢？既然我们没有显式指定，那么Java肯定会隐式为其指定一个类型实参吧？

    3) 答案是肯定的，如果使用泛型的时候不指定类型实参，那么Java就会用该泛型的“原生类型“来作为类型实参传入！

！！那么“原生类型“是什么呢？这里先不介绍，会在下一章的”泛型原理“里详细分解；

！！但是我们这里可以先透露一下，Java集合的原生类型基本都是Object，因此像上面的ArrayList list = new ArrayList();写法其实传入的是Object类型实参，即ArrayList<Object>！