【一天一个基础系列】- java之泛型篇

简介

• 说起各种高级语言，不得不谈泛型，当我们在使用java集合的时候，会发现集合有个缺点：把一个对象“丢进”集合之后，集合就会“忘记”这个对象的数据类型，当再次取出该对象时，改对象的编译类型就变成了Object类型

  • 问题1：集合对元素类型没有任何限制，这样可能会引发一些问题，比如创建一个用于保存A对象的集合，但不小心把B对象放进去，会引发异常
  • 问题2: 由于把对象放进去时，集合对视了对象的状态信息，集合只知道它盛装的是Object，因此去取集合元素后通常还需要进行强制类型装换，这个过程不仅增加了编程的复杂度，还可能引发CLassCastException异常

• 为解决以上问题，便引入“泛型”

  • java 5以后，java引入了“参数化类型”的概念，允许程序在创建集合时指定集合元素的类型

  • java 7之前，如果使用带泛型的接口、类定义变量，那么调用构造器创建对象时构造器的后面也必须带泛型

    • 比如

    //java 7之前
    List<String> list = new ArrayList<String>();//后面的<String>是必须带上的
    //java 7之后,"菱形"语法
    List<String> list = new ArrayList<>();
    
    

    注：java 9允许在使用匿名内部类时使用菱形语法

  • 概念定义：允许在定义类、接口、方法时使用类型形参，这个类型形参将在声明变量、创建对象、调用方式动态地指定

  • 我们来看一下定义泛型接口、类

    /**
    * 定义泛型接口，实质：允许在定义接口、类时什么类型形参，
    * 类型形参在整个接口、类体内可当成类型使用，几乎所有可
    * 使用普通类型的地方都可以使用这种类型形参
    */
    public interface List<T> {
    	void add(T x);
    }
    
    /**
    * 定义
    * 
    * 
    */
    @Data
    public class Clazz<T> {
    	private T a;
    	public Clazz(T a){
    		this.a = a;
    	}
    }
    
    //使用Clazz
    pulic void method(){
    	Clazz<String> clazz = new Clazz<>("");
    }
    

  • 从泛型类派生子类

    • 当创建了带泛型声明的接口、父类之后，可以为该接口创建实现类，或从该父类派生子类，需要指出的是，当使用这些接口、父类时不能再包含泛型形参

    //定义类Son类继承Parent类
    public class Son extends Parenet<T>{
    }
    
    //使用Parent类时为T形参传入String类型
    public class Son extends Parent<String>{
    }
    
    //使用Parent类时，没有为T形参传入实际的类型参数
    public class Son extends Parent{
    }
    

    像这种使用Parent类时省略泛型的形式被称为原始类型（raw type）
    如果从Parent类派生子类，则在Parent类中所有使用T类型的地方都将被替换成String类型

  • 并不存在泛型类

    • List<String>与List<Integer> 创建出来的是同样class文件，它们在运行时总有同样的类，故在静态方法、静态初始化块或者静态变量的生命和初始化中不允许使用泛型形参

    public class R<T>{
    	//错误，不能在静态变量声明中使用泛型形参
    	static T info;
    	//错误，不能再静态方法声明中使用泛型形参
    	public void foo(T p){
    	}
    }
    

  • 类型通配符

    • 定义：为了表示各种泛型List的父类，可以使用类型通配符，类型通配符是一个问号（?），将一个问号作为类型实参传给List集合，写作：List<?>（意思是元素类型未知的List）。这个问号（?）被称为通配符，它的元素类型可以匹配任何类型
    • 类型通配符的上限
      • 定义：当直接使用List<?>·这种形式时，即表明这个List集合可以是任何泛型List的父类。但还有一种特殊的情形，程序不希望这个List<?>`是任何泛型List的父类，只希望它代表某一类泛型List的父类

      //定义上限为Parent类，表示泛型形参必须是Parent子类
      List<? extends Parent>
      

      • 协变：对于更广泛的泛型类来说，指定通配符上限就是为了支持类型型变。比如Foo是Bar的子类，这样A<Foo>就相当于A<? extends Bar>的子类，可以将A<Foo>赋值给A<? extends Bar>类型的变量，这种型变方式被称为协变
    • 类型通配符的下限
      • 定义:通配符的下限用<? super类型>的方式来指定，通配符下限的作用与通配符上限的作用恰好相反

      //定义下限为Parent类
      List<? super Parent>
      

      • 逆变:比如Foo是Bar的子类，当程序需要一个A<? super Foo>变量时，程序可以将A<Bar>、A<Object>赋值给A<? super Foo>类型的变量，这种型变方式被称为逆变

      对于逆变的泛型而言，它只能调用泛型类型作为参数的方法；而不能调用泛型类型作为返回值类型的方法。口诀是：逆变只进不出

  • 泛型方法

    • 定义:所谓泛型方法，就是在声明方法时定义一个或多个泛型形参,与类、接口中使用泛型参数不同的是，方法中的泛型参数无须显式传入实际类型参数

      修饰符<T,S>返回值类型 方法名（形参列表）{
      	//TODO
      }
      

    • 泛型方法和类型通配符的区别
      • 使用通配符比使用泛型方法（在方法签名中显式声明泛型形参）更加清晰和准确
      • 类型通配符既可以在方法签名中定义形参的类型，也可以用于定义变量的类型；但泛型方法中的泛型形参必须在对应方法中显式声明
      • 大多数时候都可以使用泛型方法来代替类型通配符

        //使用类型通配符
        public interface Collection<E>{
        	void add(Collection<?> p);
        	void delete(Collection<? extends E> p)
        }
        
        //使用泛型方法
        public interface Collection<E>{
        	<T> void add(Collection<T> p);
        	<T extends E> void delete(Collection<T> p)
        }
        

      • 也可以同时使用泛型方法和通配符

        public class Collections{
        	public static <T> void copy(List<T> dest,List<? extends T> src){}
        }
        

  • “菱形”语法与泛型构造器

    • “菱形”语法前面已经提到，不再赘述，说一下啥是泛型构造器，其实就是java允许构造器签名中声明泛型形参

      class Foo{
      	public <T> Foo(T t){
      	}
      }
      
      public void method(){
      	//泛型构造器中T类型为String
      	new Foo("");
      	//也可以这么定义，显示指定T类型为String
      	new<String> Foo("");
      	//泛型构造器中T类型为Integer
      	new Foo(10);
      }
      

  • 泛型方法与方法重载

    • 因为泛型既允许设定通配符的上限，也允许设定通配符的下限，从而允许在一个类里包含以下两种方法的定义

      <T> void copy(Collection<T> des,Collection<? extends T> src){};
      <T> T copy(Collection<? super T> des,Collection<T> src){};
      

    • 重载的情况

      public void method(List<String> list){}
      public void method(List<Integer> list){}
      

      • 上述这段代码是不能被编译的，因为参数List<Integer>和List<String>编译之后都被擦除了， 变成了同一种的裸类型List，类型擦除导致这两个方法的特征签名变得一模一样(下面会提到类型擦除)

  • 类型推断

    • java 8改进了泛型方法的类型推断能力，类型推断主要有如下两方面
      • 1）可通过调用方法的上下文来推断泛型的目标类型
      • 2）可在方法调用链中，将推断得到的泛型传递到最后一个方法

  • 泛型擦除和转换

    • 擦除：当把一个具有泛型信息的对象赋给另一个没有泛型信息的变量时，所有在尖括号之间的类型信息都将被扔掉；Java代码编译成Class文件， 然后再用字节码反编译工具进行反编译后， 将会发现泛型都不见了， 程序又变回了Java泛型出现之前的写法， 泛型类型都变回了裸类型(List<String> 对应的裸类型就是List)
      • 比如：List<String> 类型会被转换成List,则该List对集合元素的类型检查变成了泛型参数的上限（Object）,那么在使用，比如插入的时候，又会出现从Object到String的强制转型代码
      • 擦除法所谓的擦除， 仅仅是对方法的Code属性中的字节码进行擦除， 实际上元数据中还是保留了泛型信息， 这也是我们在编码时能通过反射手段取得参数化类型的根本依据
    • java不支持原生类型的泛型，即是不支持 int/long等，List<int>这种是不支持的，那么一旦把泛型信息擦除后，遇到原生类型时把装箱、 拆箱也自动做了，这也成为Java泛型慢的重要原因

  • 泛型与数组

    • 数组元素的类型不能包含泛型变量或泛型形参，除非是无上限的类型通配符，但可以声明元素类型包含泛型变量或泛型形参的数组。也就是说，只能声明List<String>[]形式的数组，但不能创建ArrayList<String>[10]这样的数组对象

• 总结：Java的泛型在使用期间需要更加注意泛型擦除的情况，总体而言，其写法也并不优雅。也希望未来的泛型会支持基本类型。