Java基础之泛型

Posted 2020-10-04 时间的朋友

一、泛型的引入

泛型是Java SE 1.5的新特性，泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。 Java语言引入泛型的好处是安全简单。
在Java SE 1.5之前，没有泛型的情况的下，通过对类型Object的引用来实现参数的“任意化”，“任意化”带来的缺点是要做显式的强制类型转换，而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况，编译器可能不提示错误，在运行的时候才出现异常，这是一个安全隐患。
泛型的好处是在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，以提高代码的重用率。

二、泛型的应用

1、泛型类型

用于类的定义中，被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类，如：List、Set、Map。泛型的类型参数只能是类类型，不能是简单类型。不能对确切的泛型类型使用instanceof操作。如下面的操作是非法的，编译时会出错。

 1 //此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型
 2 //在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
 3 public class Generic<T>{ 
 4     //key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定  
 5     private T key;
 6 
 7     public Generic(T key) { //泛型构造方法形参key的类型也为T，T的类型由外部指定
 8         this.key = key;
 9     }
10 
11     public T getKey(){ //泛型方法getKey的返回值类型为T，T的类型由外部指定
12         return key;
13     }
14 }

 

2、泛型接口

与泛型类的定义及使用基本相同。泛型接口常被用在各种类的生产器中。

//定义一个泛型接口
public interface Generator<T> {
    public T next();
}
/**
 * 未传入泛型实参时，与泛型类的定义相同，在声明类的时候，需将泛型的声明也一起加到类中
 * 即：class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
 * 如果不声明泛型，如：class FruitGenerator implements Generator<T>，编译器会报错："Unknown class"
 */
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}
/**
 * 传入泛型实参时：
 * 定义一个生产器实现这个接口,虽然我们只创建了一个泛型接口Generator<T>
 * 但是我们可以为T传入无数个实参，形成无数种类型的Generator接口。
 * 在实现类实现泛型接口时，如已将泛型类型传入实参类型，则所有使用泛型的地方都要替换成传入的实参类型
 * 即：Generator<T>，public T next();中的的T都要替换成传入的String类型。
 */
public class FruitGenerator implements Generator<String> {

    private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};

    @Override
    public String next() {
        Random rand = new Random();
        return fruits[rand.nextInt(3)];
    }
}

 

3、泛型方法
无论何时，如果你能做到，你就该尽量使用泛型方法。也就是说，如果使用泛型方法将整个类泛型化，那么就应该使用泛型方法。另外对于一个static的方法而已，无法访问泛型类型的参数。所以如果static方法要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法。 
静态方法有一种情况需要注意一下，那就是在类中的静态方法使用泛型：静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候，必须要将泛型定义在方法上。

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型

如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法 。

 

/**
 * 泛型方法的基本介绍
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为T类型
 * 说明：
 *     1）public 与 返回值中间<T>非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。
 *     2）只有声明了<T>的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。
 *     3）<T>表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T。
 *     4）与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型。
 */
public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,
  IllegalAccessException{
        T instance = tClass.newInstance();
        return instance;
}
public class GenericTest {
   //这个类是个泛型类，在上面已经介绍过
   public class Generic<T>{     
        private T key;

        public Generic(T key) {
            this.key = key;
        }

        //我想说的其实是这个，虽然在方法中使用了泛型，但是这并不是一个泛型方法。
        //这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型。
        //所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型。
        public T getKey(){
            return key;
        }

        /**
         * 这个方法显然是有问题的，在编译器会给我们提示这样的错误信息"cannot reslove symbol E"
         * 因为在类的声明中并未声明泛型E，所以在使用E做形参和返回值类型时，编译器会无法识别。
        public E setKey(E key){
             this.key = keu
        }
        */
    }

    /** 
     * 这才是一个真正的泛型方法。
     * 首先在public与返回值之间的<T>必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型T
     * 这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置.
     * 泛型的数量也可以为任意多个 
     *    如：public <T,K> K showKeyName(Generic<T> container){
     *        ...
     *        }
     */
    public <T> T showKeyName(Generic<T> container){
        System.out.println("container key :" + container.getKey());
        //当然这个例子举的不太合适，只是为了说明泛型方法的特性。
        T test = container.getKey();
        return test;
    }

    //这也不是一个泛型方法，这就是一个普通的方法，只是使用了Generic<Number>这个泛型类做形参而已。
    public void showKeyValue1(Generic<Number> obj){
        Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
    }

    //这也不是一个泛型方法，这也是一个普通的方法，只不过使用了泛型通配符?
    //同时这也印证了泛型通配符章节所描述的，?是一种类型实参，可以看做为Number等所有类的父类
    public void showKeyValue2(Generic<?> obj){
        Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
    }

     /**
     * 这个方法是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class ‘E‘ "
     * 虽然我们声明了<T>,也表明了这是一个可以处理泛型的类型的泛型方法。
     * 但是只声明了泛型类型T，并未声明泛型类型E，因此编译器并不知道该如何处理E这个类型。
    public <T> T showKeyName(Generic<E> container){
        ...
    }  
    */

    /**
     * 这个方法也是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class ‘T‘ "
     * 对于编译器来说T这个类型并未项目中声明过，因此编译也不知道该如何编译这个类。
     * 所以这也不是一个正确的泛型方法声明。
    public void showkey(T genericObj){

    }
    */

    public static void main(String[] args) {


    }
}
public class StaticGenerator<T> {
    ....
    ....
    /**
     * 如果在类中定义使用泛型的静态方法，需要添加额外的泛型声明（将这个方法定义成泛型方法）
     * 即使静态方法要使用泛型类中已经声明过的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此时编译器会提示错误信息：
          "StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){

    }
}

 

三、泛型通配符

前面提到，Java引入泛型是为了编译时类型检查，在声明时确定具体的类型，在使用是就不用再进行强者类型转换，简单且安全。但Java泛型只在编译时有效，在运行时泛型类型已被擦除。为了减少运行时类型错误，Java规定泛型类不能传递继承关系，即若A是B父类，List<A>也不是List<B>父类，即List<Object> list = new ArrayList<String>();无法编译通过。如果确实要引入父类，实现类似继承操作怎么办？于是引入类型通配符“?"，代表未知类型，它是类型实参，“?”就是一个通配符，它只能在“<>”中使用。通配符只能出现在引用的定义中，而不能出现在创建对象中。例如：new ArrayList<?>()，这是不可以的。ArrayList<?> list = null，这是可以的。

如List<?> list = new ArrayList<String>();List<?>可以看作List<String>等所有类的父类（注意List<?>和List<Object>不同，前者是某种未知类型，可看作List<String>的父类，但List<Object>是确定类型，不能当做List<String>父类），但由于list属于某种未知的类型，所以无法将其当做List<String>处理（同样，Java中父类不能当做子类处理，只有子类能被看作父类使用），list.add("hello")非法。

  List<?> list = new ArrayList<String>();
       //List list = new ArrayList<>();
       list = new ArrayList<Object>();
       list.add("hello");//List<?>类型未知，编译不通过，不能使用String类方法
       list.add(null);

？表示无限界通配符，可以限定上或下边界通配符（不能同时限定上下边界），如：

List<? extends ParentClass&Interface1>限定其父类必须为类ParentClass，且实现接口Interface1，List<？>其实相当于List<? extends Object>，由于类型不确定性无法向List<? extends ParentClass&Interface1>中添加除null以外的对象。

List<? super Number>限定其下边界必须为Number或为Number的父类，不过List中元素类型的继承关系和List<?>继承关系，此时可以向list中添加Number的子类对象，

List<? super Number> list2 =new ArrayList<>();
       list2.add(new Integer(1));
       //list2.add(new Object());//编译不通过，无法添加Number的父类；

 

 四、注意事项

在java中是”不能创建一个确切的泛型类型的数组”

List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // Not really allowed.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Unsound, but passes run time store check    
String s = lsa[1].get(0); // Run-time error: ClassCastException.

由于JVM泛型的擦除机制，在运行时JVM是不知道泛型信息的，所以可以给oa[1]赋上一个ArrayList而不会出现异常，但是在取出数据的时候却要做一次类型转换，所以就会出现ClassCastException，如果可以进行泛型数组的声明，上面说的这种情况在编译期将不会出现任何的警告和错误，只有在运行时才会出错。而对泛型数组的声明进行限制，对于这样的情况，可以在编译期提示代码有类型安全问题，比没有任何提示要强很多。