笔记：泛型

Posted 2020-09-14 追寻自由的路途

泛型程序设计意味着编写额代码可以被很多不同类型的对象所重用，并提供强类型校验，避免强制类型转换，并使程序具有更好的可读性和安全性。

1. 定义简单泛型类

   一个泛型类就是具有一个或多个类型变量的类，定义格式如下：

   ????????public class Pair<T>

   ????????{

   ????????????……

   ????????}

   泛型类引入了一个类型变量T，使用尖括号括起来，并放在类名的后面，泛型类可以有多个类型变量，多个类型变量使用"，"号分割，在类定义中的类型变量可以用于指定方法的方法类型、数据域和局部变量的类型，示例如下：

   ????????private T first;

   ????????public void setFirst(T first){…}

   ????????public T getFirst(){…}

   在Java库中，使用类型变量 E 表示集合元素的元素类型；K和V分别表示关键字于值的类型；T、U和S表示任意类型

2. 定义泛型方法

   定义泛型方法是在普通类中定义的，类型变量放在修饰符的后面，返回类型的前面，定义格式如下：

   ????????public class ArrayAlg{

   ????????????public static <T> T getMiddle(T…a){

   ????????????????return a[a.length/2];

   ????????????}

   ????????}

   调用一个泛型方法是，可以在方法名前的尖括号放入具体类型，正常情况下，编译器会推断出具体类型，此时就可以省略，调用格式如下：

   String middle = ArrayAlg.<String>getMiddle("123","456","789");

3. 类型变量的限定

   有时候类或方法需要对类型变量加以约束，我们可以使用关键字 extends ，定义格式如下：

   ????????public class Pair<T extends Comparable>{

   ????????????……

   ????????}

   对类型变量T增加了约束，要求类型必须实现了 Comparable 接口，如果传递的类型没有实现这个接口，编译器将产生错误，限定类型可以配置多个，使用"&"分割，实例如下：

   T extends Comparable & Serializable

4. 泛型类型擦除

   虚拟机没有泛型类型对象，因此无论何时定义一个泛型类型，都自动提供一个相应的原始类型（raw type），原始类型的名字就是删除类型参数后的泛型类型名，擦除类型变量，并替换为限定类型，如果没有限定类型则使用 Object，例如前面的 Pair<T> 类，原始类型如下：

   ????????public class Pair

   ????????{

   ????????????private Object first;

   ????????????public void setFirst(Object first){…}

   ????????????public Object getFirst(){…}

   ????????}

   ? ?

   如果增加了限定名，比如 public class Pair<T extends Comparable> 则其原始类型使用第一个限定类型替换，原始类型如下：

   ????????public class Pair

   ????????{

   ????????????private Comparable first;

   ????????????public void setFirst(Comparable first){…}

   ????????????public Comparable getFirst(){…}

   ????????}

   如果有多个限定类型，则编译器会在必要的时候进行强制转换，因此，为了提高效率，应该将没有方法的接口放在后面。

5. 返回类型的类型擦除

   但程序调用泛型方法时，如果擦除返回类型，编译器会插入强制类型转换，例如如下代码：

   ????????Pair<Employee> pairObj = …;

   ????????Employee empl = pairObj.getFirst();

   编译器把这个方法调用翻译为两条虚拟机指令：

• 对原始方法 Pair.getFirst 的调用
• 将返回的 Object 类型强制转换为 Employee 类型。

Java泛型转换规则总结如下：

• 虚拟机中没有泛型，只有普通类和方法
• 所有类型参数都用他们的限定类型替换
• 桥方法被合成来保持多态
• 为保持类型安全性，必要时插入强制类型转换。

• 约束与局限性
  • 不能用基本类型实例化类型参数

    不能用类型参数代替基本类型，因此没有Pair<double> 只有 Pair<Double>，原因是类型擦除，类型擦除后其原始类型为 Pair，类型参数被 Object 替换，而 Object 不能存储 double 值，因此基本类型只能使用独立的类或方法处理。

  • 运行时类型查询只适用于原始类型

    虚拟机中的对象总有一个特定的非泛型类，因此所有类型查询只产生原始类型，原因是类型擦除。

  • 不能创建参数化类型的数组

    不能实例化参数化类型的数组，原因是类型擦除，数组会记住他的元素类型，如果试图存储其他类型的元素，就会抛出 ArrayStoreException 的异常，因此，可以声明类型为 Pair<String>[] 的变量，但不能用 new Pair<String>[10] 初始化这个变量，如果需要使用泛型类型数组，可以使用 ArrayList<Pair<String>> 。

  • 不能实例化类型变量

    不能使用像 new T(…)，new T[…] 或 T.class 这样的表达式中的类型变量，但是可以使用反射调用 Class.newInstance 方法来构造泛型对象，示例代码如下：

    ????????????public static <T, U> Pair<T, U> makePair(Class<T> cl, Class<U> cu) {

    ????????????????Pair<T, U> pair = new Pair<T, U>();

    ????????????????try {

    ????????????????????pair.setFirst(cl.newInstance());

    ????????????????????pair.setSecond(cu.newInstance());

    ???????? ?

    ????????????????????return pair;

    ????????????????} catch (Exception ex) {

    ????????????????????ex.printStackTrace();

    ????????????????????return null;

    ????????????????}

    ????????????}

  • 泛型类的静态上下文中类型变量无效

    不能在静态域或方法中引用类型变量，因为类型擦除后，是剩下原始类型，因此禁止使用带有类型变量的静态域和方法。

  • 不能抛出或捕获泛型类的实例

    既不能抛出也不能捕获泛型类对象，泛型类扩展 Throwable 都是不合法的，无法通过编译。

    注意类型擦除后的冲突

    当泛型类型被擦除后，会导致方法冲突，例如代码如下：

    ????????????Public class Pair<T>{

    ????????????????public boolean equals(T value){…}

    ????????????}

    改泛型方法类型擦除后，与 Object.equals(Object)发生冲突，因此解决方法是重新命名引发错误的方法；泛型规范说明还提到另外一个原则，同一个类或类型变量不能同时成为两个接口类型的子类，而这两个接口是同一个额接口的不同参数化，例如代码如下，该代码是错误的：

  ????????????class Calendar implements Comparable<Calendar>{…}

  ????????????class GregorianCalendar extends Calendar Implements Comparable<GregorianCalendar>{…}

1. 通配符类型

   带有超类限定的通配符可以向泛型对象写入，带有子类限定的通配符可以从泛型对象读取，说明如下：

• 通配符的子类限定

  固定类型的泛型类型系统，在某些是否使用并不合适，因此Java系统增加了通配符类型，实例如下：

  Pair<? extends Employee>

  表示任何泛型Pair类型，它的类型参数是 Employee 的子类，如 Pair<Manager>，但不能是 Pair<String>，假设要编写一个打印雇员的方法，代码如下：

  public static void printBuddies（Pair<Employee> p){…}

  不能将 Pair<Manager>传递给这个方法，要解决这个问题可以使用通配符类型，代码如下：

  public static void printBuddies（Pair<? extends Employee> p){…}

  使用子类限定通配符将不可能调用 setter 方法，但使用 getter 方法是不存在问题的。

• 通配符的超类（基类）限定

  通配符还可以指定超类型限定，如下所示：

  Pair<? super Manager>

  这个通配符限制为 Manager的所有超类型（基类），带有超类型限定的通配符行为，可以为方法提供参数，但不能使用返回值。

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