Java泛型的理解

jopen 7年前

泛型是Java SE 1.5的新特性,泛型的本质是参数化类型,也就是说所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、接口和方法的创建中,分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

  Java语言引入泛型的好处是安全简单。

  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。

  泛型的好处是在编译的时候检查类型安全,并且所有的强制转换都是自动和隐式的,提高代码的重用率。

规则和限制

  1、泛型的类型参数只能是类类型(包括自定义类),不能是简单类型。

  2、同一种泛型可以对应多个版本(因为参数类型是不确定的),不同版本的泛型类实例是不兼容的。

  3、泛型的类型参数可以有多个。

  4、泛型的参数类型可以使用extends语句,例如<T extends superclass>。习惯上称为“有界类型”。

  5、泛型的参数类型还可以是通配符类型。例如Class<?> classType = Class.forName(java.lang.String);

  泛型还有接口、方法等等,内容很多,需要花费一番功夫才能理解掌握并熟练应用。在此给出我曾经了解泛型时候写出的两个例子(根据看的印象写的),实现同样的功能,一个使用了泛型,一个没有使用,通过对比,可以很快学会泛型的应用,学会这个基本上学会了泛型70%的内容。

  例子一:使用了泛型

  public class Gen<T> {

  private T ob; //定义泛型成员变量

  public Gen(T ob) {

  this.ob = ob;

  }

  public T getOb() {

  return ob;

  }

  public void setOb(T ob) {

  this.ob = ob;

  }

  public void showTyep() {

  System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());

  }

  }

  public class GenDemo {

  public static void main(String[] args){

  //定义泛型类Gen的一个Integer版本

  Gen<Integer> intOb=new Gen<Integer>(88);

  intOb.showTyep();

  int i= intOb.getOb();

  System.out.println("value= " + i);

  System.out.println("----------------------------------");

  //定义泛型类Gen的一个String版本

  Gen<String> strOb=new Gen<String>("Hello Gen!");

  strOb.showTyep();

  String s=strOb.getOb();

  System.out.println("value= " + s);

  }

  }

  例子二:没有使用泛型

  public class Gen2 {

  private Object ob; //定义一个通用类型成员

  public Gen2(Object ob) {

  this.ob = ob;

  }

  public Object getOb() {

  return ob;

  }

  public void setOb(Object ob) {

  this.ob = ob;

  }

  public void showTyep() {

  System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());

  }

  }

  public class GenDemo2 {

  public static void main(String[] args) {

  //定义类Gen2的一个Integer版本

  Gen2 intOb = new Gen2(new Integer(88));

  intOb.showTyep();

  int i = (Integer) intOb.getOb();

  System.out.println("value= " + i);

  System.out.println("----------------------------------");

  //定义类Gen2的一个String版本

  Gen2 strOb = new Gen2("Hello Gen!");

  strOb.showTyep();

  String s = (String) strOb.getOb();

  System.out.println("value= " + s);

  }

  }

  运行结果:

  两个例子运行Demo结果是相同的,控制台输出结果如下:

  T的实际类型是:

  java.lang.Integer

  value= 88

  ----------------------------------

  T的实际类型是: java.lang.String

  value= Hello Gen!

  Process finished with exit code 0

  看明白这个,以后基本的泛型应用和代码阅读就不成问题了。

逐渐深入泛型

  1、没有任何重构的原始代码:

  有两个类如下,要构造两个类的对象,并打印出各自的成员x。

  public class StringFoo {

  private String x;

  public StringFoo(String x) {

  this.x = x;

  }

  public String getX() {

  return x;

  }

  public void setX(String x) {

  this.x = x;

  }

  }

  public class DoubleFoo {

  private Double x;

  public DoubleFoo(Double x) {

  this.x = x;

  }

  public Double getX() {

  return x;

  }

  public void setX(Double x) {

  this.x = x;

  }

  }

  以上的代码是在无聊,就不写如何实现了。

  2、对上面的两个类进行重构,写成一个类:

  因为上面的类中,成员和方法的逻辑都一样,就是类型不一样,因此考虑重构。Object是所有类的父类,因此可以考虑用Object做为成员类型,这样就可以实现通用了,实际上就是“Object泛型”,暂时这么称呼。

  public class ObjectFoo {

  private Object x;

  public ObjectFoo(Object x) {

  this.x = x;

  }

  public Object getX() {

  return x;

  }

  public void setX(Object x) {

  this.x = x;

  }

  }

  写出Demo方法如下:

  public class ObjectFooDemo {

  public static void main(String args[]) {

  ObjectFoo strFoo = new ObjectFoo("Hello Generics!");

  ObjectFoo douFoo = new ObjectFoo(new Double("33"));

  ObjectFoo objFoo = new ObjectFoo(new Object());

  System.out.println("strFoo.getX="+(String)strFoo.getX());

  System.out.println("douFoo.getX="+(Double)douFoo.getX());

  System.out.println("objFoo.getX="+(Object)objFoo.getX());

  }

  }

  运行结果如下:

  strFoo.getX=Hello Generics!

  douFoo.getX=33.0

  objFoo.getX=java.lang.Object@19821f

  解说:在Java 5之前,为了让类有通用性,往往将参数类型、返回类型设置为Object类型,当获取这些返回类型来使用时候,必须将其“强制”转换为原有的类型或者接口,然后才可以调用对象上的方法。

  3、Java5泛型来实现

  强制类型转换很麻烦,我还要事先知道各个Object具体类型是什么,才能做出正确转换。否则,要是转换的类型不对,比如将“Hello Generics!”字符串强制转换为Double,那么编译的时候不会报错,可是运行的时候就挂了。那有没有不强制转换的办法----有,改用 Java5泛型来实现。

  public class GenericsFoo<T> {

  private T x;

  public GenericsFoo(T x) {

  this.x = x;

  }

  public T getX() {

  return x;

  }

  public void setX(T x) {

  this.x = x;

  }

  }

  public class GenericsFooDemo {

  public static void main(String args[]){

  GenericsFoo<String> strFoo=new GenericsFoo<String>("Hello Generics!");

  GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));

  GenericsFoo<Object> objFoo=new GenericsFoo<Object>(new Object());

  System.out.println("strFoo.getX="+strFoo.getX());

  System.out.println("douFoo.getX="+douFoo.getX());

  System.out.println("objFoo.getX="+objFoo.getX());

  }

  }

  运行结果:

  strFoo.getX=Hello Generics!

  douFoo.getX=33.0

  objFoo.getX=java.lang.Object@19821f

  和使用“Object泛型”方式实现结果的完全一样,但是这个Demo简单多了,里面没有强制类型转换信息。

  下面解释一下上面泛型类的语法:

  使用<T>来声明一个类型持有者名称,然后就可以把T当作一个类型代表来声明成员、参数和返回值类型。

  当然T仅仅是个名字,这个名字可以自行定义。

  class GenericsFoo<T> 声明了一个泛型类,这个T没有任何限制,实际上相当于Object类型,实际上相当于 class GenericsFoo<T extends Object>。

  与Object泛型类相比,使用泛型所定义的类在声明和构造实例的时候,可以使用“<实际类型>”来一并指定泛型类型持有者的真实类型。类如

  GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));

  当然,也可以在构造对象的时候不使用尖括号指定泛型类型的真实类型,但是你在使用该对象的时候,就需要强制转换了。比如:GenericsFoo douFoo=new GenericsFoo(new Double("33"));

  实际上,当构造对象时不指定类型信息的时候,默认会使用Object类型,这也是要强制转换的原因。

泛型的高级应用

  1、限制泛型的可用类型

  在上面的例子中,由于没有限制class GenericsFoo<T>类型持有者T的范围,实际上这里的限定类型相当于Object,这和“Object泛型”实质是一样的。限制比如我们要限制T为集合接口类型。只需要这么做:

  class GenericsFoo<T extends Collection>,这样类中的泛型T只能是Collection接口的实现类,传入非Collection接口编译会出错。

  注意:<T extends Collection>这里的限定使用关键字 extends,后面可以是类也可以是接口。但这里的extends已经不是继承的含义了,应该理解为T类型是实现Collection接口的类型,或者T是继承了XX类的类型。

  下面继续对上面的例子改进,我只要实现了集合接口的类型:

  public class CollectionGenFoo<T extends Collection> {

  private T x;

  public CollectionGenFoo(T x) {

  this.x = x;

  }

  public T getX() {

  return x;

  }

  public void setX(T x) {

  this.x = x;

  }

  }

  实例化的时候可以这么写:

  public class CollectionGenFooDemo {

  public static void main(String args[]) {

  CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;

  listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

  //出错了,不让这么干。

  // CollectionGenFoo<Collection> listFoo = null;

  // listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

  System.out.println("实例化成功!");

  }

  }

  当前看到的这个写法是可以编译通过,并运行成功。可是注释掉的两行加上就出错了,因为<T extends Collection>这么定义类型的时候,就限定了构造此类实例的时候T是确定的一个类型,这个类型实现了Collection接口,但是实现 Collection接口的类很多很多,如果针对每一种都要写出具体的子类类型,那也太麻烦了,我干脆还不如用Object通用一下。别急,泛型针对这种情况还有更好的解决方案,那就是“通配符泛型”。

  2、通配符泛型

  为了解决类型被限制死了不能动态根据实例来确定的缺点,引入了“通配符泛型”,针对上面的例子,使用通配泛型格式为<? extends Collection>,“?”代表未知类型,这个类型是实现Collection接口。那么上面实现的方式可以写为:

  public class CollectionGenFooDemo {

  public static void main(String args[]) {

  CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;

  listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

  //现在不会出错了

  CollectionGenFoo<? extends Collection> listFoo1 = null;

  listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

  System.out.println("实例化成功!");

  }

  }

  注意:

  1、如果只指定了<?>,而没有extends,则默认是允许Object及其下的任何Java类了。也就是任意类。

  2、通配符泛型不单可以向下限制,如<? extends Collection>,还可以向上限制,如<? super Double>,表示类型只能接受Double及其上层父类类型,如Number、Object类型的实例。

  3、泛型类定义可以有多个泛型参数,中间用逗号隔开,还可以定义泛型接口,泛型方法。这些都泛型类中泛型的使用规则类似。

泛型方法

       是否拥有泛型方法,与其所在的类是否泛型没有关系。要定义泛型方法,只需将泛型参数列表置于返回值前。如:

  public class ExampleA  {

  public <T> void f(T x)   {

  System.out.println(x.getClass().getName());

  }

  public static void main(String[] args) {

  ExampleA ea = new ExampleA();

  ea.f(" ");

  ea.f(10);

  ea.f('a');

  ea.f(ea);

  }

  }

  输出结果:

  java.lang.String

  java.lang.Integer

  java.lang.Character

  ExampleA

  使用泛型方法时,不必指明参数类型,编译器会自己找出具体的类型。泛型方法除了定义不同,调用就像普通方法一样。

  需要注意,一个static方法,无法访问泛型类的类型参数,所有,若要static方法需要使用泛型能力,必须使其成为泛型方法。