Java總結篇系列：Java泛型

時間 2019-11-18

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一. 泛型概念的提出（爲何須要泛型）？java

首先，咱們看下下面這段簡短的代碼:編程

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4         List list = new ArrayList();  5         list.add("qqyumidi");  6         list.add("corn");  7         list.add(100);  8 
 9         for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 10             String name = (String) list.get(i); // 1
11             System.out.println("name:" + name); 12  } 13  } 14 }

定義了一個List類型的集合，先向其中加入了兩個字符串類型的值，隨後加入一個Integer類型的值。這是徹底容許的，由於此時list默認的類型爲Object類型。在以後的循環中，因爲忘記了以前在list中也加入了Integer類型的值或其餘編碼緣由，很容易出現相似於//1中的錯誤。由於編譯階段正常，而運行時會出現「java.lang.ClassCastException」異常。所以，致使此類錯誤編碼過程當中不易發現。數組

在如上的編碼過程當中，咱們發現主要存在兩個問題：app

1.當咱們將一個對象放入集合中，集合不會記住此對象的類型，當再次從集合中取出此對象時，改對象的編譯類型變成了Object類型，但其運行時類型任然爲其自己類型。dom

2.所以，//1處取出集合元素時須要人爲的強制類型轉化到具體的目標類型，且很容易出現「java.lang.ClassCastException」異常。函數

那麼有沒有什麼辦法可使集合可以記住集合內元素各種型，且可以達到只要編譯時不出現問題，運行時就不會出現「java.lang.ClassCastException」異常呢？答案就是使用泛型。this

二.什麼是泛型？編碼

泛型，即「參數化類型」。一提到參數，最熟悉的就是定義方法時有形參，而後調用此方法時傳遞實參。那麼參數化類型怎麼理解呢？顧名思義，就是將類型由原來的具體的類型參數化，相似於方法中的變量參數，此時類型也定義成參數形式（能夠稱之爲類型形參），而後在使用/調用時傳入具體的類型（類型實參）。spa

看着好像有點複雜，首先咱們看下上面那個例子採用泛型的寫法。code

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4         /*
 5  List list = new ArrayList();  6  list.add("qqyumidi");  7  list.add("corn");  8  list.add(100);  9         */
10 
11         List<String> list = new ArrayList<String>(); 12         list.add("qqyumidi"); 13         list.add("corn"); 14         //list.add(100); // 1 提示編譯錯誤
15 
16         for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 17             String name = list.get(i); // 2
18             System.out.println("name:" + name); 19  } 20  } 21 }

採用泛型寫法後，在//1處想加入一個Integer類型的對象時會出現編譯錯誤，經過List<String>，直接限定了list集合中只能含有String類型的元素，從而在//2處無須進行強制類型轉換，由於此時，集合可以記住元素的類型信息，編譯器已經可以確認它是String類型了。

結合上面的泛型定義，咱們知道在List<String>中，String是類型實參，也就是說，相應的List接口中確定含有類型形參。且get()方法的返回結果也直接是此形參類型（也就是對應的傳入的類型實參）。下面就來看看List接口的的具體定義：

 1 public interface List<E> extends Collection<E> {  2 
 3     int size();  4 
 5     boolean isEmpty();  6 
 7     boolean contains(Object o);  8 
 9     Iterator<E> iterator(); 10 
11  Object[] toArray(); 12 
13     <T> T[] toArray(T[] a); 14 
15     boolean add(E e); 16 
17     boolean remove(Object o); 18 
19     boolean containsAll(Collection<?> c); 20 
21     boolean addAll(Collection<? extends E> c); 22 
23     boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); 24 
25     boolean removeAll(Collection<?> c); 26 
27     boolean retainAll(Collection<?> c); 28 
29     void clear(); 30 
31     boolean equals(Object o); 32 
33     int hashCode(); 34 
35     E get(int index); 36 
37     E set(int index, E element); 38 
39     void add(int index, E element); 40 
41     E remove(int index); 42 
43     int indexOf(Object o); 44 
45     int lastIndexOf(Object o); 46 
47     ListIterator<E> listIterator(); 48 
49     ListIterator<E> listIterator(int index); 50 
51     List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); 52 }

咱們能夠看到，在List接口中採用泛型化定義以後，<E>中的E表示類型形參，能夠接收具體的類型實參，而且此接口定義中，凡是出現E的地方均表示相同的接受自外部的類型實參。

天然的，ArrayList做爲List接口的實現類，其定義形式是：

 1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> 
 2         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {  3     
 4     public boolean add(E e) {  5         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
 6         elementData[size++] = e;  7         return true;  8  }  9     
10     public E get(int index) { 11  rangeCheck(index); 12  checkForComodification(); 13         return ArrayList.this.elementData(offset + index); 14  } 15     
16     //...省略掉其餘具體的定義過程
17 
18 }

由此，咱們從源代碼角度明白了爲何//1處加入Integer類型對象編譯錯誤，且//2處get()到的類型直接就是String類型了。

三.自定義泛型接口、泛型類和泛型方法

從上面的內容中，你們已經明白了泛型的具體運做過程。也知道了接口、類和方法也均可以使用泛型去定義，以及相應的使用。是的，在具體使用時，能夠分爲泛型接口、泛型類和泛型方法。

自定義泛型接口、泛型類和泛型方法與上述Java源碼中的List、ArrayList相似。以下，咱們看一個最簡單的泛型類和方法定義：

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         System.out.println("name:" + name.getData());  7  }  8 
 9 } 10 
11 class Box<T> { 12 
13     private T data; 14 
15     public Box() { 16 
17  } 18 
19     public Box(T data) { 20         this.data = data; 21  } 22 
23     public T getData() { 24         return data; 25  } 26 
27 }

在泛型接口、泛型類和泛型方法的定義過程當中，咱們常見的如T、E、K、V等形式的參數經常使用於表示泛型形參，因爲接收來自外部使用時候傳入的類型實參。那麼對於不一樣傳入的類型實參，生成的相應對象實例的類型是否是同樣的呢？

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7 
 8         System.out.println("name class:" + name.getClass());      // com.qqyumidi.Box
 9         System.out.println("age class:" + age.getClass());        // com.qqyumidi.Box
10         System.out.println(name.getClass() == age.getClass());    // true
11 
12  } 13 
14 }

由此，咱們發現，在使用泛型類時，雖然傳入了不一樣的泛型實參，但並無真正意義上生成不一樣的類型，傳入不一樣泛型實參的泛型類在內存上只有一個，即仍是原來的最基本的類型（本實例中爲Box），固然，在邏輯上咱們能夠理解成多個不一樣的泛型類型。

究其緣由，在於Java中的泛型這一律念提出的目的，致使其只是做用於代碼編譯階段，在編譯過程當中，對於正確檢驗泛型結果後，會將泛型的相關信息擦出，也就是說，成功編譯事後的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不會進入到運行時階段。

對此總結成一句話：泛型類型在邏輯上看以當作是多個不一樣的類型，實際上都是相同的基本類型。

四.類型通配符

接着上面的結論，咱們知道，Box<Number>和Box<Integer>實際上都是Box類型，如今須要繼續探討一個問題，那麼在邏輯上，相似於Box<Number>和Box<Integer>是否能夠當作具備父子關係的泛型類型呢？

爲了弄清這個問題，咱們繼續看下下面這個例子:

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<Number> name = new Box<Number>(99);  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7 
 8  getData(name);  9         
10         //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is 11         //not applicable for the arguments (Box<Integer>)
12  getData(age); // 1 13 
14  } 15     
16     public static void getData(Box<Number> data){ 17         System.out.println("data :" + data.getData()); 18  } 19 
20 }

咱們發現，在代碼//1處出現了錯誤提示信息：The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。顯然，經過提示信息，咱們知道Box<Number>在邏輯上不能視爲Box<Integer>的父類。那麼，緣由何在呢？

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);  6         Box<Number> b = a;  // 1
 7         Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);  8         b.setData(f);        // 2
 9 
10  } 11 
12     public static void getData(Box<Number> data) { 13         System.out.println("data :" + data.getData()); 14  } 15 
16 } 17 
18 class Box<T> { 19 
20     private T data; 21 
22     public Box() { 23 
24  } 25 
26     public Box(T data) { 27  setData(data); 28  } 29 
30     public T getData() { 31         return data; 32  } 33 
34     public void setData(T data) { 35         this.data = data; 36  } 37 
38 }

這個例子中，顯然//1和//2處確定會出現錯誤提示的。在此咱們可使用反證法來進行說明。

假設Box<Number>在邏輯上能夠視爲Box<Integer>的父類，那麼//1和//2處將不會有錯誤提示了，那麼問題就出來了，經過getData()方法取出數據時究竟是什麼類型呢？Integer? Float? 仍是Number？且因爲在編程過程當中的順序不可控性，致使在必要的時候必需要進行類型判斷，且進行強制類型轉換。顯然，這與泛型的理念矛盾，所以，在邏輯上Box<Number>不能視爲Box<Integer>的父類。

好，那咱們回過頭來繼續看「類型通配符」中的第一個例子，咱們知道其具體的錯誤提示的深層次緣由了。那麼如何解決呢？總部能再定義一個新的函數吧。這和Java中的多態理念顯然是違背的，所以，咱們須要一個在邏輯上能夠用來表示同時是Box<Integer>和Box<Number>的父類的一個引用類型，由此，類型通配符應運而生。

類型通配符通常是使用 ? 代替具體的類型實參。注意了，此處是類型實參，而不是類型形參！且Box<?>在邏輯上是Box<Integer>、Box<Number>...等全部Box<具體類型實參>的父類。由此，咱們依然能夠定義泛型方法，來完成此類需求。

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7         Box<Number> number = new Box<Number>(314);  8 
 9  getData(name); 10  getData(age); 11  getData(number); 12  } 13 
14     public static void getData(Box<?> data) { 15         System.out.println("data :" + data.getData()); 16  } 17 
18 }

有時候，咱們還可能聽到類型通配符上限和類型通配符下限。具體有是怎麼樣的呢？

在上面的例子中，若是須要定義一個功能相似於getData()的方法，但對類型實參又有進一步的限制：只能是Number類及其子類。此時，須要用到類型通配符上限。

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7         Box<Number> number = new Box<Number>(314);  8 
 9  getData(name); 10  getData(age); 11  getData(number); 12         
13         //getUpperNumberData(name); // 1
14         getUpperNumberData(age);    // 2
15         getUpperNumberData(number); // 3
16  } 17 
18     public static void getData(Box<?> data) { 19         System.out.println("data :" + data.getData()); 20  } 21     
22     public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){ 23         System.out.println("data :" + data.getData()); 24  } 25 
26 }