Java中泛型的理解

Posted 2020-06-28

Java中的泛型，本质上来说，就是是参数化类型，就是说所操作的数据类型被指定为一个参数，而不是确定的某种类型。这种数据类型可以用在类、接口和方法创建中。即泛型类、泛型接口、泛型方法。这样说可能不够生动，来举些例子说明一下。

例子一

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我们通过 例子一 来简单看看泛型的应用场景。下面的情况中，没有使用泛型：

public class FanXingTest {    
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        Integer integer1 = 1;
        arrayList.add(integer1);
        //你记得这个元素的类型，那么没问题，通过index取出来
        Integer integer2 =(Integer) arrayList.get(0);
        System.out.println(integer2);
        //假如你记错了arraylist里面存的类型了，这时编译器也不会报错，但是运行时会报错
        String string =(String) arrayList.get(0);
        System.out.println(string);
    }
}

 ArrayList里存放的是Object类。这样的好处是：通过对类型Object的引用来实现可以存放任意类（Java的多态机制），但也带来了缺点：需要进行强制类型转换。

可以看到，在没有使用泛型的情况下，你若记得 arrayList 里面存了什么类型的东西，那么最好不过了，可以直接通过index来取出来，并进行类型转换即可。

而假如你在不知道的情况下强制转换写错，编译器也不会提示错误，在运行时才会发现，会报一个错： java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String 。实际情况中程序员不可能对每个元素都记得其类型，所以这样有明显的不合理性。

泛型的引入可以解决上述问题，先来看看针对上述情景使用泛型的情况：

public class FanXingTest {    
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        Integer integer1 = 1;
        arrayList.add(integer1);
        //直接取出来，无需强制类型转换
        Integer integer2 = arrayList.get(0);
        System.out.println(integer2);
        //编译器会检查出错误，根本不允许你把类型搞混了,下面两种情况编译器都直接提示不能类型转换
        String string1 =(String) arrayList.get(0);
        String string2 = arrayList.get(0);
    }
}

上面的代码中我们使用了泛型，就是在创建 arrayList 的时候，就限定了里面存放的只能是 Integer 类型的数据，那么编译时就可以检查类型安全，所有的强制类型转换是自动和隐式的，提高代码重用率。我们在取出数据的时候，就无需进行强制类型转换，而且你把类型搞错，编译器会提示错误。

例子二

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那么泛型是如何实现的呢？自己如何创建泛型类？我们通过 例子二 来看一看。先自己来创建一个泛型类，如下所示：

//自己新建一个泛型类：MyFan
class MyFan<T>{
    private T t1;
    //构造函数
    public MyFan(T t1){
        this.t1=t1;
    }
    //测试泛型的操作数据类型
    public void showInfo(){
        System.out.println("所操作数据类型是："+t1.getClass().getName());
        //通过反射机制，可以知道T的各种成员变量和方法的信息
        Method m[]=t1.getClass().getDeclaredMethods();
        for (int i = 0; i < m.length; i++) {
            System.out.println(m[i].getName());
        }
    }
}

 自己创建泛型类的时候，先假设这样一个处境：我希望我的这个类可以处理多种类型的数据。这就需要把类型"参数化"，也就是当成一个"参数"传进来。所以定义类的时候，在类名的后面跟了一个<T>： class MyFan<T> ，这个T只是一个象征意义的符号，可以是任意符号。T 就是个类型"参数"，我们之后可以传任意类型的类进来。上面的 showInfo() 方法中，我们可以利用反射机制，来得到传进来的这个数据类型是什么，也可以得到这个类里面有些个什么方法。接下来，我们利用我们自己创建的泛型类 MyFan<T> 来做个试验：

public class FanXingTest {    
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub

        MyFan<String> ft1=new MyFan<String>("黄黄");
        ft1.showInfo();
        MyFan<Integer> ft2=new MyFan<Integer>(1);
        ft2.showInfo();

        //输出两个实例对象的类型，结果是一样的
        System.out.println(ft1.getClass());
        System.out.println(ft2.getClass());

    }
}

通过创建我们自己的泛型类的实例， ft1 里面的 t1 变量指向一个String类实例， ft2 里面的 t1 变量指向一个Integer类实例，那么上述程序的输出如下：

所操作数据类型是：java.lang.String
...String的各个成员方法略去
所操作数据类型是：java.lang.Integer
...Integer的各个成员方法略去
class MyFan
class MyFan

最后两行的输出，我们是想来通过 ft1/ft2.getClass() 来看看创建的这两个实例的类型会不会不一样，结果可以看到，两个都是属于 MyFan类的实例变量，并没有因为传入类型的不同而引起不同。

例子三

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现在应该知道了泛型是如何运作的，我们在自己定义泛型类或者泛型接口的时候，<T>都是跟在类名的后面： class MyFan<T>{...} ，然后实例化的时候<T>也跟在类名的后边即可： MyFan<T> fan1 = new MyFan(); 。

有些时候我们还会遇到更为复杂的情况，这几天我在工具类Collections里面，看到了sort方法，如下：

1 public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) {
2         list.sort(null);
3     }

我们需要知道extends后面跟的类型表示泛型的上限(含自己)，super表示的是泛型的下限(含自己)。如<T extends 类/接口>，表示T必须是该指定类/接口的子类（实现了某接口或继承自某类，都算"子类"）。

我们来看 <T extends Comparable<? super T>> ，首先规定了T必须是 Comparable<? super T> 的一个子类，也就是说，T 必须是实现了 Comparable<? super T> 这个接口的。然后<? super T>表示Comparable<>中的类型下限为T（就是至少得是T的父类，包括T）！我们可以通过 GregorianCalendar 类和 Calendar 类来加深理解。先看下两个类的定义：

//Calendar类实现了Comparable<Calendar>接口
public abstract class Calendar implements Serializable, Cloneable, Comparable<Calendar>{
...
@Override
    public int compareTo(Calendar anotherCalendar) {
        return compareTo(getMillisOf(anotherCalendar));
    }
}
//GregorianCalendar类继承自Calendar类
public class GregorianCalendar extends Calendar{...}

那我们现在假设有个ArrayList，调用上面的sort方法：

ArrayList<GregorianCalendar> arrayList = new ArrayList<GregorianCalendar>();
Collections.sort(arrayList);

此时不会报错，因为相当于 <GregorianCalendar extends Comparable<Calendar>> 是成立的，我们结合两个类的定义可以知道：Calendar为GregorianCalendar 的父类，并且Calendar实现了Comparable<Calendar>，于是GregorianCalendar 也实现了Comparable<Calendar>接口。所以泛型的限制范围 <T extends Comparable<? super T>> 是满足的。接下来我们自己定义一个sort函数：

public static <T extends Comparable<T>> void sort(ArrayList<T> list) {
    list.sort(null);
}

此时调用我们的sort函数 sort(new ArrayList<GregorianCalendar>()); ，编译器就会报错，因为GregorianCalendar类只是实现了Comparable<Calendar>接口，并没有实现Comparable<GregorianCalendar>接口。于是传入的参数不满足泛型的限制范围，所以会报错

自己的一些思考

先看看下面的Collections类里面的两个sort方法

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) {
    list.sort(null);
}
public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
    list.sort(c);
}

注意到上面除了方法参数(比如List<T> list)之外，都是在返回类型(void)之前的标注（比如static <T extends Comparable<? super T>> void）。

其实泛型就是”可有可无”，它的存在就是限制了你将要使用的参数类是什么范围内，extends/super分别是泛型的上下界（含）。就比如上面第一个sort，限定了<T extends Comparable<? super T>>，第二个就是没限定，任意的<T>；但是还有参数这块，第一个的参数就是之前限定好的参数T即可；第二个的参数呢，在Comparator<? super T>这里限定了一个下届，得是T的父类。

再往下说，为什么是<T extends Comparable<? super T>>而不是<T extends Comparable<T>>呢。这其实考虑到了子类若是继承自父类，而父类已经实现了Comparable接口，子类可以拿来用，所以就有<T extends Comparable<? super T>>的效果，举个例子就是上面的GregorianCalendar类和Calendar类，等效于子类GregorianCalendar也实现了Comparable接口。这时候若是<T extends Comparable<T>>就不合适了。

其实一般自己实现的Comparable接口的话，都是 class MyTest implements Comparable<MyTest>这种，估计也不会class MyTest implements Comparable<MyTest的父类>，上面的<T extends Comparable<? super T>>只是考虑到了比如ManmanTest继承自MyTest，那么ManmanTest也就实现了Comparable<MyTest>接口的情况。