[CoreJava]Java泛型詳解
/**
* @version 1.0
* @author 子月初七
*/
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1.泛型簡介
泛型是從Java1.5開始引進的，所謂的泛型能夠理解成參數化類型，即類型是以參數的方式傳入泛型類或者泛型方法。 泛型這個術語的意思是：「適用於許多許多的類型」。java
1.1 泛型的好處
泛型可使編寫的代碼被不少不一樣的類型對象所重用。編程
使用泛型機制編寫的程序代碼要比那些雜亂地使用Object變量，而後再進行強制類型轉換的代碼具備更好的安全性和可讀性。泛型對於集合類尤爲有用，例如，ArrayList就是一個無處不在的集合。api
泛型類能夠當作普通類的工廠。數組
- 使用泛型以前
package com.corejava.genericprogramming;
public class ArrayList{
private Object[] elementData;
...
public Object get(int i ){...}
public void add(Object o){...}
}
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這種方法有兩個問題。安全
- 獲取值的時候必須強制轉換。容易出現類型轉換錯誤。
ArrayList files = new ArrayList();
String filename = (String) files.get(0);
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- 能夠向數組列表添加任意類型對象。
- 使用泛型以後
//ArrayList類有一個類型參數用來指示元素的種類
ArrayList<String> files = new ArrayList<String>();
//JavaSE 7後，構造函數能夠省略泛型類型。
ArrayList<String> files = new ArrayList<>();
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當調用get的時候，不須要進行強制類型轉換。 編譯器就知道返回值類型爲String，而不是Object。bash
String filename = files.get(0);
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1.2 泛型類 Generic Class
具備一個或多個類型變量的類稱之爲泛型類。app
下面是一個泛型類。ide
package com.corejava.genericprogramming;
public class Pair<T> {
private T first;
private T second;
public Pair(T first, T second){
this.first = first;
this.second = second;
}
public T getFirst() {
return first;
}
public void setFirst(T first) {
this.first = first;
}
public T getSecond() {
return second;
}
public void setSecond(T second) {
this.second = second;
}
}
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由上段代碼可見，類型變量位於類名以後的尖括號<>中。函數
能夠引進多個類型變量。ui
public class Pair<T, U> {...}
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在Java庫中，E表示集合的元素類型，K和V表示關鍵字和值，T或者U或者S等表示任意類型。
1.3 泛型方法 Generic Method
泛型方法能夠定義在普通類中，也能夠定義在泛型類中。
注意，類型變量放在修飾符後面，返回類型前面。
package com.corejava.genericprogramming;
public class ArrayAlg {
//若是沒有<T>聲明，不能稱之爲泛型方法
public static <T> T getMiddle(T... a) {
return a[a.length / 2];
}
public static void main(String[] args) {
//System.out.println(ArrayAlg.<String>getMiddle("Matthew","Xu","CoreJava"));
//通常狀況下能夠省略<String>類型參數。
//編譯器有足夠的信息推斷出所調用的方法。
System.out.println(ArrayAlg.getMiddle("Matthew","Xu","CoreJava"));
}
}
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1.4 泛型接口 Generic Interface
以下定義一個泛型接口。
package com.corejava.genericprogramming;
public interface IGeneric<T> {
public T test();
}
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泛型接口未傳入泛型實參時
package com.corejava.genericprogramming;
public class TestGeneric<T> implements IGeneric<T>{
@Override
public T test() {
return null;
}
}
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泛型接口傳入泛型實參時
package com.corejava.genericprogramming;
public class TestGeneric implements IGeneric<String>{
@Override
public String test() {
return null;
}
}
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1.5 類型變量的限定
有的時候，類或方法須要對類型變量加以約束。 下面是一個計算最小元素的例子。
package com.corejava.genericprogramming;
public class ArrayAlg {
public static <T> T getMin(T[] a) {
if( a == null || a.length == 0)
return null;
T min = a[0];
for (T t : a) {
if(min.compareTo(t) > 0)
min = t;
}
return min;
}
}
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這裏有個問題，T是任意類型，可是不能保證T含有compareTo方法，在編寫代碼過程當中會直接報錯。
解決方案即是給T加上限定，使其實現Comparable接口。
public static <T extends Comparable> T getMin(T[] a){...}
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一個類型變量或者通配符能夠有多個限定。
不管限定是接口仍是類，只用extends來鏈接。
選擇關鍵字extends的緣由是更接近子類的概念。
限定類型用&分隔，而逗號用來分隔類型變量。
類型變量的限定類型中能夠有多個接口，但最多一個類。
若是須要用一個類做爲限定，它必須是限定列表中的第一個。
T extends Comparable & Serializable
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1.6 泛型代碼和虛擬機
請注意，虛擬機沒有泛型類型對象——全部對象屬於普通類。
1.6.1 類型擦除
泛型類型的原始類型是刪除類型參數後的泛型類型名。
擦除類型變量，而且替換成限定類型。
若是沒有限定類型，使用Object。
例如，Pair的原始類型以下所示。
package com.corejava.genericprogramming;
public class Pair {
private Object first;
private Object second;
public Pair(Object first, Object second){
this.first = first;
this.second = second;
}
public Object getFirst() {
return first;
}
public void setFirst(Object first) {
this.first = first;
}
public Object getSecond() {
return second;
}
public void setSecond(Object second) {
this.second = second;
}
}
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若是泛型類型含有限定的類型變量，那麼原始類型可使用第一個限定的類型變量替換。若是沒有限定就用Object替換。
代碼示例：
package com.corejava.genericprogramming;
import java.io.Serializable;
public class Interval <T extends Comparable & Serializable> implements Serializable{
private T lower;
private T upper;
public Interval(T first, T second) {
if(first.compareTo(second) <= 0) {
lower = first;
upper = second;
}else {
lower = second;
upper = first;
}
}
}
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原始類型：
package com.corejava.genericprogramming;
import java.io.Serializable;
public class Interval implements Serializable{
private Comparable lower;
private Comparable upper;
public Interval(Comparable first, Comparable second) {
if(first.compareTo(second) <= 0) {
lower = first;
upper = second;
}else {
lower = second;
upper = first;
}
}
}
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2. 泛型的約束與侷限性
2.1 不能使用基本類型實例化類型參數
以以前的Pair類爲例，只有Pair<Double>，沒有Pair<double>。
緣由：
擦除以後，Pair類含有Object類的域，而Object不能存儲double值。
筆者在這裏其實有個疑惑，就算擦除以後，爲何Object不能存放double?
double是能夠自動裝箱成Double,而Double做爲一個對象類型是能夠被Object存儲的。
2.2 運行時類型查詢只適用於原始類型
請看下列兩段代碼。
package com.corejava.genericprogramming;
public class Generic<T> {
private T first;
private T second;
public Generic(T first, T second) {
super();
this.first = first;
this.second = second;
}
public T getFirst() {
return first;
}
public void setFirst(T first) {
this.first = first;
}
public T getSecond() {
return second;
}
public void setSecond(T second) {
this.second = second;
}
}
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package com.corejava.genericprogramming;
import org.junit.jupiter.api.Test;
class GenericTest {
@Test
void test() {
Generic<String> genericStr = new Generic<>("first", "second");
//error:Cannot perform instanceof check against parameterized type Generic<String>.
//Use the form Generic<?> instead since further generic type information will be erased at runtime
//System.out.println(genericStr instanceof Generic<String>);
//error:Cannot perform instanceof check against parameterized type Generic<String>.
//Use the form Generic<?> instead since further generic type information will be erased at runtime
//System.out.println(genericStr instanceof Generic<T>);
//輸出:true
System.out.println(genericStr instanceof Generic);
//輸出:class com.corejava.genericprogramming.Generic
System.out.println(genericStr.getClass());
}
}
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因而可知，若是想查詢一個對象是否屬於某個泛型類型時，使用instanceof會獲得一個編譯器錯誤。
若是使用getClass方法則會返回一個原始類型。
2.3 不能建立參數化類型的數組
不能實例化參數化類型的數組
package com.corejava.genericprogramming;
import org.junit.jupiter.api.Test;
class GenericTest {
@Test
void test() {
//實際這行代碼會報錯，報錯信息：Cannot create a generic array of Generic<String>
Generic<String>[] array = new Generic<String>[10];
//類型擦除後，array的類型即爲Generic[]。
//能夠把它轉換成Object[]類型。
Object[] objarray = array;
//數組會記住它的元素類型，當傳入其餘類型元素，本應會報錯。
//可是對於泛型來講，擦除使檢查機制無效。
//出於這個緣由，參數化類型的數組不容許被建立。
objarray[0] = "hello";
}
}
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須要說明的是，聲明類型爲Generic[]的變量還是合法的，可是不能用new Generic[10]進行初始化。
若是須要收集參數類型化對象，只能使用ArrayList。
2.4 不能實例化類型變量
不能使用new T(...)或者new T[...]或T.class這樣的表達式中的類型變量。 下面的構造器是非法的。
public Generic(){
first = new T();
second = new T();
}
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2.5 不能構造泛型數組
public static <T extends Comparable> T[] minmax(T[] a) {
//error:
T[] mm = new T[2];
}
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2.6 泛型類的靜態上下文中類型變量無效
不能在靜態域或方法中引用類型變量。 請看代碼：
package com.corejava.genericprogramming;
public class Generic<T> {
private T first;
private T second;
public Generic(T first, T second) {
super();
this.first = first;
this.second = second;
}
public T getFirst() {
return first;
}
public void setFirst(T first) {
this.first = first;
}
public T getSecond() {
return second;
}
public void setSecond(T second) {
this.second = second;
}
public void test(T t) {
System.out.println("hello");
}
//若是不聲明T，會給出下列報錯信息。
//error: Cannot make a static reference to the non-static type T
public static <T> void name(T t) {
System.out.println("hello");
}
}
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2.7 不能拋出或捕獲泛型類的實例
既不能拋出也不能捕獲泛型類對象。
實際上，甚至泛型類拓展Throwable都是不合法的。
//The generic class Generic<T> may not subclass java.lang.Throwable
public class Generic<T> extends Exception{...}
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3. 泛型類型的繼承規則
不管S與T有什麼聯繫，一般，Pair<E>與Pair<T>沒有什麼聯繫。 請看下列代碼。
package com.corejava.genericprogramming;
import org.junit.jupiter.api.Test;
class GenericTest {
@Test
void test() {
Manager ceo = new Manager();
Manager cfo = new Manager();
Employee employee = new Employee();
Generic<Manager> managerGroup = new Generic<>(ceo, cfo);
//error:Type mismatch: cannot convert from Generic<Manager> to Generic<Employee>
Generic<Employee> employeeGroup = managerGroup;
employeeGroup.setFirst(cfo);
}
}
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注意泛型和數組之間的區別。
package com.corejava.genericprogramming;
import org.junit.jupiter.api.Test;
class GenericTest {
@Test
void test() {
Manager ceo = new Manager();
Manager cfo = new Manager();
Employee lowerEmployee = new Employee();
Manager[] managerGroup = new Manager[] {ceo, cfo};
//操做合法
Employee[] employeeGroup = managerGroup;
//error: Type mismatch: cannot convert from Employee to Manager
managerGroup[0] = lowerEmployee;
}
}
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4. 通配符類型
4.1 通配符概念
通配符類型中，容許類型參數變化。
例如，通配符類型Pair< ? extends Employee>表示任何泛型Pair類型，它的類型參數是Employee的子類。
假設要編寫一個方法。
package com.corejava.genericprogramming;
public class GenericTest {
public static void printGroup(Generic<Employee> g) {
System.out.println(g.getFirst().getName() + g.getSecond().getName());
}
}
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可是這個方法不能將Generic傳入。
public static void main(String[] args) {
Manager m1 = new Manager();
Manager m2 = new Manager();
m1.setName("mat");
m2.setName("xu");
Generic<Manager> gm = new Generic<Manager>(m1, m2);
//error:The method printGroup(Generic<Employee>) in the type GenericTest is not applicable for the arguments (Generic<Manager>)
printGroup(gm);
}
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解決的辦法即是使用通配符類型。
public static void printGroup(Generic<? extends Employee> g) {...}
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但筆者在這裏有個疑惑，爲何不能這麼寫。
public static void printGroup(Generic<T extends Employee> g) {...}
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Eclipse給出的報錯信息是：
Incorrect number of arguments for type Generic<T>; it cannot be parameterized with arguments <T, Employee>
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也就是說其實<? extends Employee>算一個參數，而算兩個參數。 對應的泛型類Generic只包含一個類型參數，因此後者不能經過。
5. 結語
本文參考了大量文章，將來會加入《Java編程思想》和《Effective Java》的內容和觀點。目前主要內容仍是來自《Java核心技術》，經過這篇博文的撰寫，原先比較陌生的Java泛型如今也比較熟悉了。可是仍然未涉及其複雜之處。若是須要轉載，請註明出處!若是有什麼疑問或者看法，請分享你的觀點！謝謝你們！
參考連接
- java 泛型詳解-絕對是對泛型方法講解最詳細的，沒有之一
- 《Java核心技術卷I》
- Java泛型
- Java Generics FAQs - Frequently Asked Questions
- 《Java編程思想》
- 《Effective Java》
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