前言:
Java泛型能够简化代码、增加复用性,在Java开发中十分的常见与重要,本文将对Java泛型的知识进行简要的整理与解析,希望能够对于学习泛型能够有所帮助~
1.什么是泛型
Java在1.5之后加入了泛型的概念。泛型,即“参数化类型”。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。
举个例子
List arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("aaaa");
arrayList.add(100);
for(int i = 0; i< arrayList.size(); i++){
String item = (String)arrayList.get(i);
System.out.println("泛型测试,item = " + item);
}
毫无疑问,程序运行会以崩溃结束:
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
at Test.main(GenericTest.java:6)
ArrayList可以存放任意类型,例子中添加了一个String类型,添加了一个Integer类型,在使用时都以String的方式使用,因此程序崩溃了。为了解决类似这样的问题(在编译阶段就可以解决),泛型应运而生。
将之前第一行声明list的代码修改一下,编译器就会在编译阶段帮我们提前发现类似的问题。
List<String> arrayList = new ArrayList<String>();
...
//arrayList.add(100); 在编译阶段,编译器就会报错
如上面所说泛型只在代码编译阶段有效,来看下面的代码:
List<String> stringArrayList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList<Integer>();
Class classStringArrayList = stringArrayList.getClass();
Class classIntegerArrayList = integerArrayList.getClass();
if(classStringArrayList.equals(classIntegerArrayList)){
System.out.println("泛型测试,类型相同");
}
我们发现对于编译器来说,stringArrayList和integerArrayList其实是同一类型的对象。这是因为代码在编译之后采取了类似于去泛型化的措施,也就是泛型的类型擦除,这个概念之后会有所涉及。
2.为什么要设计泛型
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:使用泛型,首先可以通过IDE进行代码类型初步检查,然后在编译阶段进行编译类型检查,以保证类型转换的安全性;并且所有的强制转换都是自动和隐式的,可以提高代码的重用率。
3.泛型基础
Java泛型有三种使用方式:泛型类、泛型方法、泛型接口。
泛型类
泛型类的语法如下:
class 类名称 <泛型类型标识>{}
我们首先定义一个简单的类:
public class Generic{
private String object;
public void set(String object) {
this.object = object;
}
public String get() {
return object;
}
}
这是一个常见的Java bean,这样做的一个坏处是Box里面现在只能装入String类型的元素,今后如果我们需要装入Integer等其他类型的元素,还必须要另外重写一个类型是Integer的Box类,代码得不到复用。
然而通过泛型类可以很好的解决复用的问题:
public class Generic<T> {
private T t;
public void set(T t) {
this.t = t;
}
public T get() {
return t;
}
}
这样的Box类就可以装入任何我们想要的类型:
Generic<Integer> integerGeneric = new Generic<Integer>();
Generic<Double> doubleGeneric = new Generic<Double>();
Generic<String> stringGeneric = new Generic<String>();
泛型方法
泛型方法的语法如下:
[作用域修饰符] <泛型类型标识> [返回类型] 方法名称(参数列表){}
按照这个语法声明一个泛型方法很简单,只要在返回类型前面加上一个类似<K, V,…>的形式就行了:
public class Util {
public static <K, V> boolean compare(Generic<K, V> g1, Generic<K, V> g2) {
return g1.getKey().equals(g2.getKey()) &&
g1.getValue().equals(g2.getValue());
}
}
public class Generic<K, V> {
private K key;
private V value;
public Generic(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
public void setKey(K key) { this.key = key; }
public void setValue(V value) { this.value = value; }
public K getKey() { return key; }
public V getValue() { return value; }
}
Util.compare()就是一个泛型方法,于是我们可以像下面这样调用泛型:
Generic g1 = new Generic<>(1, "apple");
Generic g2 = new Generic<>(2, "pear");
boolean same = Util.compare(g1, g2);
在Java1.7之后,编译器可以通过type inference(类型推导),根据实参的类型自动推导出相应参数的类型,可以缩写成这样:
Generic p1 = new Generic<>(1, "apple");
Generic p2 = new Generic<>(2, "pear");
boolean same = Util.compare(p1, p2);
泛型接口
泛型接口的定义与泛型类的定义很相似。
public interface Generator<T> {
public T next();
}
当实现泛型接口的类,未给泛型传入实参时:
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
@Override
public T next() {
return null;
}
}
当实现泛型接口的类,给泛型传入了实参时:
public class FruitGenerator implements Generator {
private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};
@Override
public String next() {
Random rand = new Random();
return fruits[rand.nextInt(3)];
}
}
如果类已经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
4.通配符
介绍通配符之前,我们先思考一个场景。
我们知道Ingeter是Number的一个子类,由于泛型擦除的存在,对于编译器来说Generic
为了弄清楚这个问题,我们定义一个方法:
public void showKeyValue(Generic<Number> obj){
System.out.println("泛型测试,value is " + obj.get());
}
如果我们像下面这样使用该方法:
Generic<Number> gNumber = new Generic<Number>(456);
Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
showKeyValue(gInteger);
当我们调用该方法时,编译器会提示我们:
Generic<java.lang.Integer> cannot be applied to Generic<java.lang.Number>
showKeyValue(gInteger);
通过提示信息我们可以看到Generic
由此会产生一个问题,如果我们想对Generic
我们可以将上面的方法改一下:
public void showKeyValue(Generic<?> obj){
System.out.println("泛型测试,value is " + obj.get());
}
此时,showKeyValue方法可以传入任意类型的Generic参数,这是一个无界的通配符。
泛型上下边界
在Java泛型定义时:
用
用<T extends ClassA & InterfaceB …>
等标识有界泛型,用于表示有边界的类型。
在Java泛型实例化时:
用<?>
标识通配符,用于表示实例化时的类型。
用<? extends 父类型>
标识上边界通配符,用于表示实例化时可以确定父类型的类型。
用<? super 子类型>
标识下边界通配符,用于表示实例化时可以确定子类型的类型。
对上面的Generic类增加一个新方法:
public void showKeyValue1(Generic<? extends Number> obj){
System.out.println("泛型测试,value is " + obj.get());
}
Generic<String> generic1 = new Generic<String>("11111");
Generic<Integer> generic2 = new Generic<Integer>(2222);
Generic<Float> generic3 = new Generic<Float>(2.4f);
Generic<Double> generic4 = new Generic<Double>(2.56);
//这一行代码编译器会提示错误,因为String类型并不是Number类型的子类
showKeyValue1(generic1);
showKeyValue1(generic2);
showKeyValue1(generic3);
showKeyValue1(generic4);
如果把泛型类的定义也改一下:
public class Generic<T extends Number>{
private T key;
public Generic(T key) {
this.key = key;
}
public T getKey(){
return key;
}
}
//这一行代码也会报错,因为String不是Number的子类
Generic<String> generic1 = new Generic<String>("11111");
泛型的上下边界添加,必须与泛型的声明在一起 。
PECS原则
首先我们定义几个简单的类
class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}
class Orange extends Fruit {}
然后定义一个主类:
public class Generics {
public static void main(String[] args) {
// 通过通配符申明一个List
List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();
// Compile Error: can't add any type of object:
// flist.add(new Apple())
// flist.add(new Orange())
// flist.add(new Fruit())
// flist.add(new Object())
flist.add(null); // Legal but uninteresting
// We Know that it returns at least Fruit:
Fruit f = flist.get(0);
}
}
对于上面的flist,Java编译器不允许我们add任何对象,为什么呢?对于这个问题我们不妨从编译器的角度去考虑。因为List flist
它自身可以有多种含义:
List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Fruit>();
List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();
List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Orange>();
当我们尝试add一个Apple的时候,flist可能指向new ArrayList
当我们尝试add一个Orange的时候,flist可能指向new ArrayList
当我们尝试add一个Fruit的时候,这个Fruit可以是任何类型的Fruit,而flist可能只想某种特定类型的Fruit,编译器无法识别所以会报错。
所以对于实现了<? extends T>的集合类只能将它视为Producer向外提供(get)元素,而不能作为Consumer来对外获取(add)元素。
如果我们要add元素应该怎么做呢?可以使用<? super T>:
public class GenericWriting {
static List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();
static List<Fruit> fruit = new ArrayList<Fruit>();
static <T> void writeExact(List<T> list, T item) {
list.add(item);
}
static void f1() {
writeExact(apples, new Apple());
writeExact(fruit, new Apple());
}
static <T> void writeWithWildcard(List<? super T> list, T item) {
list.add(item);
}
static void f2() {
writeWithWildcard(apples, new Apple());
writeWithWildcard(fruit, new Apple());
}
public static void main(String[] args) {
f1(); f2();
}
}
这样我们可以往容器里面添加元素了,但是使用super后不能从容器里面get元素了,从编译器的角度考虑这个问题,对于List<? super Apple> list,它可以有下面几种含义:
List<? super Apple> list = new ArrayList<Apple>();
List<? super Apple> list = new ArrayList<Fruit>();
List<? super Apple> list = new ArrayList<Object>();
当我们尝试通过list来get一个Apple的时候,可能会get得到一个Fruit,这个Fruit可以是Orange等其他类型的Fruit。
所以对于实现了<? super T>的集合类只能将它视为Consumer消费(add)元素,而不能作为Producer来对外获取(get)元素。
在Java的集合类中,我们可以发现通常会将两者结合起来一起用,比如像下面这样:
public class Collections {
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
for (int i=0; i<src.size(); i++)
dest.set(i, src.get(i));
}
}
5.类型擦除
类型擦除就是说Java泛型只能用于在编译期间的静态类型检查,然后编译器生成的代码会擦除相应的类型信息,这样到了运行期间实际上JVM根本就不知道泛型所代表的具体类型。这样做的目的是因为Java泛型是1.5之后才被引入的,为了保持向下的兼容性,所以只能做类型擦除来兼容以前的非泛型代码。
泛型擦除到底是什么,来看一个简单的例子:
public class Node<T> {
private T data;
private Node<T> next;
public Node(T data, Node<T> next) {
this.data = data;
this.next = next;
}
public T getData() { return data; }
// ...
}
编译器做完相应的类型检查之后,实际上到了运行期间上面这段代码实际上将转换成:
public class Node {
private Object data;
private Node next;
public Node(Object data, Node next) {
this.data = data;
this.next = next;
}
public Object getData() { return data; }
// ...
}
这意味着不管我们声明Node