什么是泛型？泛型的基本原理与使用优势。

Posted 2022-06-21 nm666

1. 什么是泛型？

泛型将接口的概念进一步延伸，“泛型”的字面意思就是广泛的类型。类、接口和方法代码可以应用于非常广泛的类型，代码与它们能够操作的数据类型不再绑定在一起，同一套代码可以用于多种数据类型，这样不仅可以复用代码，降低耦合性，而且还提高了代码的可读性以及安全性。讲起来优点抽象，我们看个实际的例子。

2. 先来看一个简单的泛型例子

package genericity.demo;

/**
 * @author BastetCat
 * @data 2019/8/8 21:14
 */

public class Pair<T> 
    T one;
    T two;

    public Pair(T one, T two) 
        this.one = one;
        this.two = two;
    

    public T getOne() 
        return one;
    

    public T getTwo() 
        return two;
    

观察和普通类的区别：

1. 类名后面多了一个<T>
2. one 和 two的类型都是T

3. 那么T是什么呢？

T 表示类型参数

泛型就是类型参数化，处理的数据类型不是固定的，而是可以作为参数传入。

现在我们知道了，泛型把类型作为了参数来使用。

4. 如何使用泛型，并将类型作为参数传入呢？

如下代码：我们分别new了三Pair对象，其中传入了不同类型的类型参数（Integer、Character、String）。

package genericity.demo;

/**
 * @author BastetCat
 * @data 2019/8/8 21:22
 */

public class Test 
    public static void main(String[] args) 
        
        Pair<Integer> pairInteger =  new Pair<Integer>(1,2);
        int one1 = pairInteger.getOne();
        int two1 = pairInteger.getTwo();
        System.out.println("one:"+one1+",two:"+two1);

        Pair<Character> pairCharacter  =  new Pair<Character>('一','二');
        char one2 = pairCharacter.getOne();
        char two2 = pairCharacter.getTwo();
        System.out.println("one:"+one2+",two:"+two2);

        Pair<String> pairString  =  new Pair<String>("I","II");
        String one3 = pairString.getOne();
        String two3 = pairString.getTwo();
        System.out.println("one:"+one3+",two:"+two3);
    

结果如下：

one:1,two:2
one:一,two:二
one:I,two:II

当然我们不仅可以传入一个类型参数，也可以传入多个类型参数。多个类型参数之间用 逗号“，”隔开。如下面的例子：

package genericity.demo;

/**
 * @author BastetCat
 * @data 2019/8/8 21:37
 */

public class PairTwo <U,V> 
    U one;
    V two;

    public PairTwo(U one, V two) 
        this.one = one;
        this.two = two;
    

    public U getOne() 
        return one;
    

    public V getTwo() 
        return two;
    

可以这么使用：

PairTwo<String,Integer> pairTwo = new PairTwo<>("牛牛",20);

注意：自 Java 7 开始，支持省略后面的类型参数，让书写更简单些。

5. 泛型的基本原理

泛型类型参数到底是什么？为什么一定要定义类型参数呢？定义普通类，直接使用Object也是可以呀。如之前的Pair类我们可以写成：

package genericity.demo;

/**
 * @author BastetCat
 * @data 2019/8/8 21:44
 */

public class PairObject 
    Object one;
    Object two;

    public PairObject(Object one, Object two) 
        this.one = one;
        this.two = two;
    

    public Object getOne() 
        return one;
    

    public Object getTwo() 
        return two;
    

然后这样使用，也是同样的效果：

package genericity.demo;

/**
 * @author BastetCat
 * @data 2019/8/8 21:46
 */

public class TestPairObject 
    public static void main(String[] args) 
        PairObject pairObject1 = new PairObject(1,2);
        int one1 =(int)pairObject1.getOne();
        int two1 =(int)pairObject1.getTwo();
        System.out.println("one:"+one1+",two:"+two1);

        PairObject pairObject2 = new PairObject("yi","er");
        String one2 =(String)pairObject2.getOne();
        String two2 =(String)pairObject2.getTwo();
        System.out.println("one:"+one2+",two:"+two2);
    

输出结果：

one:1,two:2
one:yi,two:er

我们可以看到，确确实实我们的使用Object + 强制类型转换也实现了相同的结果。事实上，我们Java泛型的内部原理就是这样的。

我们使用JAD工具来反编译我们的Pair.class 与 Test.class得到的结果如下：

// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3) 
// Source File Name:   Pair.java

package genericity.demo;
public class Pair

    public Pair(Object obj, Object obj1)
    
        one = obj;
        two = obj1;
    
    public Object getOne()
    
        return one;
    
    public Object getTwo()
    
        return two;
    
    Object one;
    Object two;





// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3) 
// Source File Name:   Test.java

package genericity.demo;
import java.io.PrintStream;
// Referenced classes of package genericity.demo:
//            Pair

public class Test

    public Test()
    
    
    public static void main(String args[])
    
        Pair pair = new Pair(Integer.valueOf(1), Integer.valueOf(2));
        int i = ((Integer)pair.getOne()).intValue();
        int j = ((Integer)pair.getTwo()).intValue();
        System.out.println((new StringBuilder()).append("one:").append(i).append(",two:").append(j).toString());
        Pair pair1 = new Pair(Character.valueOf('\u4E00'), Character.valueOf('\u4E8C'));
        char c = ((Character)pair1.getOne()).charValue();
        char c1 = ((Character)pair1.getTwo()).charValue();
        System.out.println((new StringBuilder()).append("one:").append(c).append(",two:").append(c1).toString());
        Pair pair2 = new Pair("I", "II");
        String s = (String)pair2.getOne();
        String s1 = (String)pair2.getTwo();
        System.out.println((new StringBuilder()).append("one:").append(s).append(",two:").append(s1).toString());
    

通过以上的分析：

我们可以得知，Java的编译器将java源文件编译成字节码.class文件，虚拟机加载并运行。对于泛型类，java编译器会将其转换为普通的非泛型代码。将类型T擦除，然后替换为Object，插入必要的强制类型转换。Java虚拟机实际执行的时候，并不知道泛型这回事，只知道普通的类及代码。

那么为什么泛型要这样设计呢？

因为泛型是 Java 5 以后才支持的，这么设计是为了兼容性，而不得已的一个选择。

6. 使用泛型的好处

• 代码复用：我们一套代码可以支持不同的类性。
• 降低了耦合性：代码逻辑和数据类型之间分离，实现了解耦。
• 更好的可读性：我们在使用集合的时候，定义了一个list 如List<String>，一看便知道这个一个存放String类型的list。
• 更高的安全性：语言和程序设计的一个重要目标就是将bug消灭在摇篮里，能在写的时候消灭，就不要留在运行的时候。如我们定义一个List<String>这样的一个list。当我们往list里面放其他非String类型的数据时，我们的IDE（如Eclipse）就会报错提示。就算没有IDE。编译时，Java编译器也会提示，这称之为类型安全。这样就为程序设置了一道安全防护。同样的，使用泛型还可以省去使用普通对象时繁琐的强制类型转换。相反，使用普通对象，编译时并不会提示。假如传入的参数类型和最后强制类型转换的类型不一致。运行时就会出现ClassCastException，使用泛型则不会。