泛型是什么？它在java中又有哪些必要性？

Posted 2021-09-09 守夜人爱吃兔子

1、什么是泛型？

对于大部分同学而言，泛型一词并不陌生，因为在Java开发中经常会用。常用的List、Map都用到过，所以泛型在Java中的重要的地位不言而喻。同时泛型也被广泛应用于面向对象编程和各种设计模式中。那么究竟什么是泛型，我们又为什么要用泛型？

下面我们通过一道测试题来为同学们做解释：

List<String> l1 = new ArrayList<String>();
List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();

System.out.println(l1.getClass() == l2.getClass());

上面输出的结果是什么？懂泛型的同学肯定知道答案，就是true，因为这是典型地泛型类型擦除。

泛型是Java5才有的。在此之前，Java中的对象集合，往往是需要转换为Object对象，取出对象也是要再次进行强制类型转换，这样的操作带来了ClassCastException风险。泛型的加入，使得集合在编译阶段就可以推断出集合中元素类型，减少了代码臃肿和异常风险。

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，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、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

2、泛型的使用

定义类、接口或方法时使用类型形参(泛型)，在声明变量、创建对象、调用方法时候会动态指定这个泛型。

2.1 泛型类

public class Apple<T> {
    //使用T类型定义实例变量
    private T info;
    public Apple(){}
    //使用T类型来定义构造器
    public Apple(T info){
        this.info = info;
    }
    public T getInfo() {
        return info;
    }
    public void setInfo(T info) {
        this.info = info;
    }
}
//使用
Apple<String> name = new Apple<>("苹果");
Apple<Double> price = new Apple<>(.);

泛型类与普通类的区别就是在方法名后使用进行了声明泛型形参，接下来可以在类中将T作为类型使用(如上面直接定义变量info)。

2.2 泛型接口

//泛型形参E
public interface loadResult<E>{
    //E 作为参数类型
    void returnResult(E result);
}
public interface addResult<E>{
    //E 作为类型使用
    E add();
}

泛型接口跟泛型类声明基本一样，使用的范围也是相同。

2.3 泛型方法

List不是List子类，如果想要将每一个String类型的数组元素放到一个集合中，集合的数据类型只能是String：

     String[] fruitArray = new String[]{"apple","banana","peach"};
     List<String> fruitList = new ArrayList<>();
     array2Collection(fruitArray,fruitList);
     Log.d(TAG,">>>>>> fruitList = " + fruitList);

    //代码省略...
    private void array2Collection(String[] array, List<Object> list) {
        for (String str : array) {
            list.add(str);
        }
    }

比如上面的代码，在编译环境下就会报异常。所以如果后期需要放置Integer类型，就需要再次新建Integer的集合，这样的方法功能十分有限。

为了解决这个问题，Java设计了泛型方法。泛型方法对比普通方法多了泛型形参声明，所有的泛型形参声明放在修饰符和方法返回值中间。

修饰符 <T,S> 返回值类型 方法名(形参列表){
    //方法体
}

private static <T> void add(T t) {
   Log.d(TAG, ">>>>>>" + t + "-100");
}

使用泛型方法来完成将数组数据元素放到集合中

//定义一个泛型方法，T泛型形参仅可以在该方法中使用
private <T> void array2Collection(T[] array, List<T> list) {
    for (T str : array) {
            list.add(str);
    }
}
//泛型方法使用
String[] fruitArray = new String[]{"apple", "banana", "peach"};
List<String> fruitList = new ArrayList<>();
Integer[] integers = new Integer[]{3};
Float[] floats = new Float[]{1.0f, 2.0f, 3.2f};
List<Number> numberList = new ArrayList<>();
array2Collection(integers, numberList);
Log.d(TAG, ">>>>>> Integer[] numberList = " + numberList);
array2Collection(floats, numberList);
Log.d(TAG, ">>>>>> Float[] numberList = " + numberList);
array2Collection(fruitArray, fruitList);
Log.d(TAG, ">>>>>> List<String> fruitList = " + fruitList);

//输出结果：
D: >>>>>> Integer[] numberList = [3]
D: >>>>>> Float[] numberList = [1.2.3.2]
D: >>>>>> List<String> fruitList = [apple, banana, peach]

3、泛型通配符

除了用 <T>表示泛型外，我们还经常碰到 <?>这种形式的泛型， ？ 被称为通配符。

通常通配符的出现是为了指定泛型中的类型范围。通配符简分为 3 种形式：被称作无限定的通配符、被称作有上限的通配符、被称作有下限的通配符。

3.1、无限定通配符

无限定通配符经常与容器类配合使用，它其中的 ? 其实代表的是未知类型，所以涉及到 ? 时的操作，一定与具体类型无关。

public static void showShapes(List<?> shapeList) { 
}

当 <?>存在时，其实List 对象丧失了 add() 方法的功能，当调用时编译器不通过。

public static void showShapes(List<?> shapeList) { 
    shapeList.add(new Circle());//报错 ? cannot applied to Circle
}

<?>提供了只读的功能，也就是它删减了增加具体类型元素的能力，只保留与具体类型无关的功能。它不管装载在这个容器内的元素是什么类型，它只关心元素的数量、容器是否为空。

3.2、上界通配符

上限通配符用于在方法中放宽对变量类型的限制。代表类型 T 及 T 的子类。

上面的方法改为：

public static void showShapes(List<? extends Shape> shapeList) {
     for (Shape shape:shapeList){
         Log.i(TAG,"shape="+shape.getShape());
     }
}

showShapes(circleList);//可以运行
showShapes(triangleList);//可以运行

shapeList.add(null);//不报错
shapeList.add(new Circle());//报错 Shape cannot applied to Circle

可以对列表中的?对象进行操作了。但是，注意的是对于上界泛型列表，除空之外，我们不允许将任何对象添加到列表中。

3.3、下界通配符

上界泛型列表，无法添加对象，如果需要添加，可以用下界通配符实现。

public static void showShapes(List<? super Shape> shapeList) {
    shapeList.add(new Circle());
    shapeList.add(new Circle());
}

 最后

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