Java总结篇系列:Java泛型

go7148 4年前
   <h2>一. 泛型概念的提出(为什么需要泛型)?</h2>    <p>首先,我们看下下面这段简短的代码:</p>    <pre>  <code class="language-java">public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {          List list = new ArrayList();          list.add("qqyumidi");          list.add("corn");          list.add(100);            for (int i = 0; i < list.size(); i++) {              String name = (String) list.get(i); // 1              System.out.println("name:" + name);          }      }  }</code></pre>    <p>定义了一个List类型的集合,先向其中加入了两个字符串类型的值,随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的,因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中,由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因,很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常,而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此,导致此类错误编码过程中不易发现。</p>    <p>在如上的编码过程中,我们发现主要存在两个问题:</p>    <p>1.当我们将一个对象放入集合中,集合不会记住此对象的类型,当再次从集合中取出此对象时,改对象的编译类型变成了Object类型,但其运行时类型任然为其本身类型。</p>    <p>2.因此,//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型,且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。</p>    <p>那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型,且能够达到只要编译时不出现问题,运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢?答案就是使用泛型。</p>    <h2>二.什么是泛型?</h2>    <p>泛型,即“参数化类型”。一提到参数,最熟悉的就是定义方法时有形参,然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢?顾名思义,就是将类型由原来的具体的类型参数化,类似于方法中的变量参数,此时类型也定义成参数形式(可以称之为类型形参),然后在使用/调用时传入具体的类型(类型实参)。</p>    <p>看着好像有点复杂,首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。</p>    <pre>  <code class="language-java">public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {          /*          List list = new ArrayList();          list.add("qqyumidi");          list.add("corn");          list.add(100);          */            List<String> list = new ArrayList<String>();          list.add("qqyumidi");          list.add("corn");          //list.add(100);   // 1  提示编译错误            for (int i = 0; i < list.size(); i++) {              String name = list.get(i); // 2              System.out.println("name:" + name);          }      }  }</code></pre>    <p>采用泛型写法后,在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误,通过List,直接限定了list集合中只能含有String类型的元素,从而在//2处无须进行强制类型转换,因为此时,集合能够记住元素的类型信息,编译器已经能够确认它是String类型了。</p>    <p>结合上面的泛型定义,我们知道在List中,String是类型实参,也就是说,相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型(也就是对应的传入的类型实参)。下面就来看看List接口的的具体定义:</p>    <pre>  <code class="language-java">public interface List<E> extends Collection<E> {        int size();        boolean isEmpty();        boolean contains(Object o);        Iterator<E> iterator();        Object[] toArray();        <T> T[] toArray(T[] a);        boolean add(E e);        boolean remove(Object o);        boolean containsAll(Collection<?> c);        boolean addAll(Collection<? extends E> c);        boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);        boolean removeAll(Collection<?> c);        boolean retainAll(Collection<?> c);        void clear();        boolean equals(Object o);        int hashCode();        E get(int index);        E set(int index, E element);        void add(int index, E element);        E remove(int index);        int indexOf(Object o);        int lastIndexOf(Object o);        ListIterator<E> listIterator();        ListIterator<E> listIterator(int index);        List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);  }</code></pre>    <p>我们可以看到,在List接口中采用泛型化定义之后,中的E表示类型形参,可以接收具体的类型实参,并且此接口定义中,凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。</p>    <p>自然的,ArrayList作为List接口的实现类,其定义形式是:</p>    <pre>  <code class="language-java">public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>           implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {        public boolean add(E e) {          ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!          elementData[size++] = e;          return true;      }        public E get(int index) {          rangeCheck(index);          checkForComodification();          return ArrayList.this.elementData(offset + index);      }        //...省略掉其他具体的定义过程    }</code></pre>    <p>由此,我们从源代码角度明白了为什么//1处加入Integer类型对象编译错误,且//2处get()到的类型直接就是String类型了。</p>    <h2>三.自定义泛型接口、泛型类和泛型方法</h2>    <p>从上面的内容中,大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义,以及相应的使用。是的,在具体使用时,可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。</p>    <p>自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下,我们看一个最简单的泛型类和方法定义:</p>    <pre>  <code class="language-java">public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {            Box<String> name = new Box<String>("corn");          System.out.println("name:" + name.getData());      }    }    class Box<T> {        private T data;        public Box() {        }        public Box(T data) {          this.data = data;      }        public T getData() {          return data;      }    }</code></pre>    <p>在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中,我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参,由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。 那么对于不同传入的类型实参,生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢?</p>    <pre>  <code class="language-java">public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {            Box<String> name = new Box<String>("corn");          Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);            System.out.println("name class:" + name.getClass());      // com.qqyumidi.Box          System.out.println("age class:" + age.getClass());        // com.qqyumidi.Box          System.out.println(name.getClass() == age.getClass());    // true        }    }</code></pre>    <p>由此,我们发现,在使用泛型类时,虽然传入了不同的泛型实参,但并没有真正意义上生成不同的类型,传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个,即还是原来的最基本的类型(本实例中为Box),当然,在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。</p>    <p>究其原因,在于Java中的泛型这一概念提出的目的,导致其只是作用于代码编译阶段,在编译过程中,对于正确检验泛型结果后,会将泛型的相关信息擦出,也就是说,成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。</p>    <p>对此总结成一句话:泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型,实际上都是相同的基本类型。</p>    <h2>四.类型通配符</h2>    <p>接着上面的结论,我们知道,Box和Box实际上都是Box类型,现在需要继续探讨一个问题,那么在逻辑上,类似于Box和Box是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢?</p>    <p>为了弄清这个问题,我们继续看下下面这个例子:</p>    <pre>  <code class="language-java">/**   * Java学习交流QQ群:589809992 我们一起学Java!   */  public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {            Box<Number> name = new Box<Number>(99);          Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);            getData(name);            //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is           //not applicable for the arguments (Box<Integer>)          getData(age);   // 1        }        public static void getData(Box<Number> data){          System.out.println("data :" + data.getData());      }    }</code></pre>    <p>我们发现,在代码//1处出现了错误提示信息:The method getData(Box) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box)。显然,通过提示信息,我们知道Box在逻辑上不能视为Box的父类。那么,原因何在呢?</p>    <pre>  <code class="language-java">public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {            Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);          Box<Number> b = a;  // 1          Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);          b.setData(f);        // 2        }        public static void getData(Box<Number> data) {          System.out.println("data :" + data.getData());      }    }    class Box<T> {        private T data;        public Box() {        }        public Box(T data) {          setData(data);      }        public T getData() {          return data;      }        public void setData(T data) {          this.data = data;      }    }</code></pre>    <p>这个例子中,显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。</p>    <p>假设Box在逻辑上可以视为Box的父类,那么//1和//2处将不会有错误提示了,那么问题就出来了,通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢?Integer? Float? 还是Number?且由于在编程过程中的顺序不可控性,导致在必要的时候必须要进行类型判断,且进行强制类型转换。显然,这与泛型的理念矛盾,因此,在逻辑上Box不能视为Box的父类。</p>    <p>好,那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子,我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢?总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的,因此,我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Box和Box的父类的一个引用类型,由此,类型通配符应运而生。</p>    <p>类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。注意了,此处是类型实参,而不是类型形参!且Box</p>    <pre>  <code class="language-java">/**   * Java学习交流QQ群:589809992 我们一起学Java!   */  public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {            Box<String> name = new Box<String>("corn");          Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);          Box<Number> number = new Box<Number>(314);            getData(name);          getData(age);          getData(number);      }        public static void getData(Box<?> data) {          System.out.println("data :" + data.getData());      }    }</code></pre>    <p>有时候,我们还可能听到 <strong>类型通配符上限和类型通配符下限。</strong> 具体有是怎么样的呢?</p>    <p>在上面的例子中,如果需要定义一个功能类似于getData()的方法,但对类型实参又有进一步的限制:只能是Number类及其子类。此时,需要用到类型通配符上限。</p>    <pre>  <code class="language-java">public class GenericTest {        public static void main(String[] args) {            Box<String> name = new Box<String>("corn");          Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);          Box<Number> number = new Box<Number>(314);            getData(name);          getData(age);          getData(number);            //getUpperNumberData(name); // 1          getUpperNumberData(age);    // 2          getUpperNumberData(number); // 3      }        public static void getData(Box<?> data) {          System.out.println("data :" + data.getData());      }        public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){          System.out.println("data :" + data.getData());      }    }</code></pre>    <p>此时,显然,在代码//1处调用将出现错误提示,而//2 //3处调用正常。</p>    <p>类型通配符上限通过形如Box</p>    <h2>五.话外篇</h2>    <p>本文中的例子主要是为了阐述泛型中的一些思想而简单举出的,并不一定有着实际的可用性。另外,一提到泛型,相信大家用到最多的就是在集合中,其实,在实际的编程过程中,自己可以使用泛型去简化开发,且能很好的保证代码质量。 并且还要注意的一点是,Java中没有所谓的泛型数组一说。</p>    <p>对于泛型,最主要的还是需要理解其背后的思想和目的。</p>    <p> </p>    <p>来自:http://geek.csdn.net/news/detail/236554</p>    <p> </p>