Java中的泛型

一 泛型是什么
泛型最精准的定义:参数化类型。具体点说就是处理的数据类型不是固定的,而是可以作为参数传入。定义泛型类、泛型接口、泛型方法,这样,同一套代码,可以用于多种数据类型。

二 泛型类和泛型方法
2.1 泛型类和接口
泛型类和接口类似,定义一个泛型类:

public class Som<T> {
    private T value;

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

Som就是一个泛型类,value的类型是T,而T是参数化的。如果有多个类型参数,使用分号隔开,如<U,V>。
使用泛型类:

Som<String> som = new Som<>();
som.setValue("Hi");
//som.setValue(123);编译不通过
String str = som.getValue();

在使用中指定具体的类型实参。
2.2 泛型方法
定义一个泛型方法:

public static <V> V obtainV(V[] arr) {
    return arr[arr.length / 2];
}

obtainV就是一个泛型方法,返回值前有<V>,可以处理任意类型数组。
使用泛型方法:

Integer [] arr = {1,2,3};
String [] arrStrs = {"1","2","3"};
int i = obtainV(arr);
String str = obtainV(arrStrs);

三 Java泛型的实现原理:类型擦除
泛型是JDK1.5引入的,为了保持兼容,Java泛型的实现采用了类型擦除。类定义中的类型参数会被替换为Object,运行时不知道泛型的实际类型参数。
编译前代码:

Som<String> som = new Som<>();
som.setValue("Hi");
String str = som.getValue();

编译后生成的代码:

Som som = new Som();
som.setValue("Hi");
String str = (String)som.getValue();

可以看到在使用泛型的地方,编译后生成的代码,编译器自动进行了强制类型转换。
Java的泛型实现就是如此:在编译期进行泛型检查,编译后的代码擦除了类型信息,所有泛型都使用Object代替,并进行了强制转换。

四 类型参数的限定
泛型的类型擦除会把所有类型参数当做Object,但是我们也可以对参数类型进行上界限定。这样类型擦除就会转换为限定类型。
4.1 上界为某个具体类或接口

public class Som<T extends Number> {
    private T value;

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

这样使用Som类,类型参数只接受Number及其子类。
当上界是泛型类或者接口的时候,上界也需要类型参数。如下:

public class Som<T extends Comparable<T>> {
    private T value;

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

4.2 上界为其他类型参数

public class Som<T> {
    private T value;

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }

    public <E extends T> void test(E e) {
        System.out.println("Som test: e");
    }
}

T是泛型类Som的参数类型,E的上界是T,也就是其它类型参数。

五 泛型的通配符
泛型的通配符增强了方法的灵活性但也容易让人困惑。Java中有无限定通配符<?>,上界限定通配符<? extends E>,下界限定通配符<? super E>这三种通配符。
5.1 无限定通配符<?>
需求:打印List中的元素。List是一个泛型类,有List<String>,List<Number>,List<Object>等可能。使用List<?>通配符,可以匹配任意List泛型。
代码如下:

public static void printList(List<?> list) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
}

看起来很简单,但是此时的list是无法进行add操作的,因为List的类型是未知的。这就是<?>的只读性,稍后会有介绍。

5.2 有限通配符<? extends E>
同样是一个打印List元素的例子,但是只接受类型参数是Number及其子类。

public static void printList(List<? extends Number> list) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
}

和<?>一样,<? extends E>也具有只读性。

5.3 <?>和<? extends E>的只读性
通配符<?>和<? extends E>具有只读性,即可以对其进行读取操作但是无法进行写入。

public static void printList(List<?> list) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
    //一下操作不可以
    list.add(1);
    list.add("123");
}

原因在于:?就是表示类型完全无知,? extends E表示是E的某个子类型,但不知道具体子类型,如果允许写入,Java就无法确保类型安全性。假设我们允许写入,如果我们传入的参数是List<Integer>,此时进行add操作,可以添加任何类型元素,就无法保证List<Integer>的类型安全了。

5.4 超类型<? super E>
超类型通配符允许写入,例子如下:

public static void printList(List<? super String> list) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
    list.add("123");
    list.add("456");
}

这个很好理解,list的参数类型是String的上界,必然可以添加String类型的元素。

六 泛型与数组
Java不能创建泛型数组,以Som泛型类为例,以下代码编译报错:

Som<String> [] soms = new Som<String>[8];

原因是像Integer[]和Number[]之间有继承关系,而List<Integer>和List<Number>没有,如果允许泛型数组,那么编译时无法发现,运行时也不是立即就能发现的问题会出现。参看以下代码:

Som<Integer>[] soms = new Som<Integer>[3];
Object[] objs = soms;
objs[0] = new Som<String>();

那我们怎么存放泛型对象呢?可以使用原生数组或者泛型容器。

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