Java 泛型

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

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。

假定我们有这样一个需求：写一个排序方法，能够对整型数组、字符串数组甚至其他任何类型的数组进行排序，该如何实现？

答案是可以使用 Java 泛型。

使用 Java 泛型的概念，我们可以写一个泛型方法来对一个对象数组排序。然后，调用该泛型方法来对整型数组、浮点数数组、字符串数组等进行排序。

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泛型方法

你可以写一个泛型方法，该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型，编译器适当地处理每一个方法调用。

下面是定义泛型方法的规则：

• 所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的<E>）。
• 每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
• 类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
• 泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像int,double,char的等）。

实例

下面的例子演示了如何使用泛型方法打印不同字符串的元素：

实例

public class GenericMethodTest { // 泛型方法 printArray public static < E > void printArray( E[] inputArray ) { // 输出数组元素 for ( E element : inputArray ){ System.out.printf( "%s ", element ); } System.out.println(); } public static void main( String args[] ) { // 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 }; Double[] doubleArray = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 }; Character[] charArray = { 'H', 'E', 'L', 'L', 'O' }; System.out.println( "整型数组元素为:" ); printArray( intArray ); // 传递一个整型数组 System.out.println( " 双精度型数组元素为:" ); printArray( doubleArray ); // 传递一个双精度型数组 System.out.println( " 字符型数组元素为:" ); printArray( charArray ); // 传递一个字符型数组 } }

编译以上代码，运行结果如下所示：

整型数组元素为:
1 2 3 4 5 

双精度型数组元素为:
1.1 2.2 3.3 4.4 

字符型数组元素为:
H E L L O 

有界的类型参数:

可能有时候，你会想限制那些被允许传递到一个类型参数的类型种类范围。例如，一个操作数字的方法可能只希望接受Number或者Number子类的实例。这就是有界类型参数的目的。

要声明一个有界的类型参数，首先列出类型参数的名称，后跟extends关键字，最后紧跟它的上界。

实例

下面的例子演示了"extends"如何使用在一般意义上的意思"extends"（类）或者"implements"（接口）。该例子中的泛型方法返回三个可比较对象的最大值。

实例

public class MaximumTest { // 比较三个值并返回最大值 public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y, T z) { T max = x; // 假设x是初始最大值 if ( y.compareTo( max ) > 0 ){ max = y; //y 更大 } if ( z.compareTo( max ) > 0 ){ max = z; // 现在 z 更大 } return max; // 返回最大对象 } public static void main( String args[] ) { System.out.printf( "%d, %d 和 %d 中最大的数为 %d ", 3, 4, 5, maximum( 3, 4, 5 ) ); System.out.printf( "%.1f, %.1f 和 %.1f 中最大的数为 %.1f ", 6.6, 8.8, 7.7, maximum( 6.6, 8.8, 7.7 ) ); System.out.printf( "%s, %s 和 %s 中最大的数为 %s ","pear", "apple", "orange", maximum( "pear", "apple", "orange" ) ); } }

编译以上代码，运行结果如下所示：

3, 4 和 5 中最大的数为 5

6.6, 8.8 和 7.7 中最大的数为 8.8

pear, apple 和 orange 中最大的数为 pear

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泛型类

泛型类的声明和非泛型类的声明类似，除了在类名后面添加了类型参数声明部分。

和泛型方法一样，泛型类的类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。因为他们接受一个或多个参数，这些类被称为参数化的类或参数化的类型。

实例

如下实例演示了我们如何定义一个泛型类:

实例

public class Box<T> { private T t; public void add(T t) { this.t = t; } public T get() { return t; } public static void main(String[] args) { Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>(); Box<String> stringBox = new Box<String>(); integerBox.add(new Integer(10)); stringBox.add(new String("菜鸟教程")); System.out.printf("整型值为 :%d ", integerBox.get()); System.out.printf("字符串为 :%s ", stringBox.get()); } }

编译以上代码，运行结果如下所示：

整型值为 :10

字符串为 :菜鸟教程

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类型通配符

1、类型通配符一般是使用?代替具体的类型参数。例如 List<?> 在逻辑上是List<String>,List<Integer> 等所有List<具体类型实参>的父类。

实例

public class GenericTest { public static void main(String[] args) { List<String> name = new ArrayList<String>(); List<Integer> age = new ArrayList<Integer>(); List<Number> number = new ArrayList<Number>(); name.add("icon"); age.add(18); number.add(314); getData(name); getData(age); getData(number); } public static void getData(List<?> data) { System.out.println("data :" + data.get(0)); } }

输出结果为：

data :icon
data :18
data :314

解析： 因为getData()方法的参数是List类型的，所以name，age，number都可以作为这个方法的实参，这就是通配符的作用

2、类型通配符上限通过形如List来定义，如此定义就是通配符泛型值接受Number及其下层子类类型。

实例

public class GenericTest { public static void main(String[] args) { List<String> name = new ArrayList<String>(); List<Integer> age = new ArrayList<Integer>(); List<Number> number = new ArrayList<Number>(); name.add("icon"); age.add(18); number.add(314); //getUperNumber(name);//1 getUperNumber(age);//2 getUperNumber(number);//3 } public static void getData(List<?> data) { System.out.println("data :" + data.get(0)); } public static void getUperNumber(List<? extends Number> data) { System.out.println("data :" + data.get(0)); } }

输出结果：

data :18
data :314

解析： 在(//1)处会出现错误，因为getUperNumber()方法中的参数已经限定了参数泛型上限为Number，所以泛型为String是不在这个范围之内，所以会报错

3、类型通配符下限通过形如 List<? super Number>来定义，表示类型只能接受Number及其三层父类类型，如Objec类型的实例。

元组

public class TwoTuple<A,B> {
    public final A first;
    public final B second;
    public TwoTuple(A a, B b){first = a; second = b;}
}

泛型接口

public interface Generator<T>{
    T next();
}

泛型方法

public <T> void function(T i){ //将泛型参数列表置于返回类型之前
} 

泛型类

public class Generator<T>{
    private T mVar;
    public void set(T var){
      this.mVar = var;
    }
    public T get(){
      return mVar;
    }
}

擦除

java中泛型擦除的原因

假设某个应用程序具有两个类库 X/Y，并且 Y 还要使用类库 Z。随着 Java SE5的出现，这个应用程序和这些类库的创建者最终可能希望迁移到泛型上。但是，迁移是个大工程，不能为了迁移而迁移。所以，为了实现迁移兼容性，每个类库和应用程序都必须与其他所有的部分是否使用了泛型无关。这样，它们不能拥有探测其他类库是否使用了泛型的能信。因此，某个特定的类库使用了泛型这样的证据必须被“擦除”。试想，如果没有某种类型的迁移途径，所有已经构建了很长时间的类库就需要与希望迁移到 Java 泛型的开发者们说再见了。正因为类库对于编程语言极其重要，所以这不是一种可以接受的代价。擦除是否是最佳的或者唯一的迁移途径，还需要时间来检验。

在泛型代码内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息。Java泛型是使用擦除来实现的，这意味着当你在使用泛型时，任何具体的类型信息都被擦除了，你唯一知道的就是你在使用一个对象。因此List< String >和List< Integer >在运行时事实上是相同的类型。

List<Integer> intList = new ArrayList<>();
List<String> stringList = new ArrayList<>();
System.out.println(intList.getClass() == stringList.getClass()); //true

既然泛型类的内部持有类型被抹掉，那么为什么我们在调用Generator#get()的时候还能够得到它所持有的具体类型呢？下面就看看是如何实现的。

擦除的补偿

Java泛型在instanceof、创建类型实例，创建数组、转型时都会有问题。有时必须通过引入类型标签（即你的类型的Class对象）进行补偿。使用动态的isInstance()方法，而不是instanceof。

public class _15_GenericHolder<T> {
    private T obj;

    public void set(T obj) {
        this.obj = obj;
    }

    public T get() {
        return obj;
    }

    public static void main(String[] args) {
        _15_GenericHolder<String> holder = new _15_GenericHolder<String>();
        holder.set("Item");
        // 这里没有转型了，但是我们知道传递给 set()的值在编译期还是会接受检查
        String s = holder.get();
    }
}

// 反编译：
public class Chapter15._15_GenericHolder<T> {
  public Chapter15._15_GenericHolder();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #12                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public void set(T);
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #23                 // Field obj:Ljava/lang/Object;
       5: return

  public T get();
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #23                 // Field obj:Ljava/lang/Object;
       4: areturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #1                  // class Chapter15/_15_GenericHolder
       3: dup
       4: invokespecial #30                 // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: ldc           #31                 // String Item
      11: invokevirtual #33                 // Method set:(Ljava/lang/Object;)V
      14: aload_1
      15: invokevirtual #35                 // Method get:()Ljava/lang/Object;
      18: checkcast     #37                 // class java/lang/String
      21: astore_2
      22: return
}

上面的代码中可以在main的18行看见，有一次类型的强转，这是通过编译器实现的，也就是说当我们编译的时候代码其实就已经对它指定了返回类型，而不是在运行时判断返回类型。我们知道，实际的持有对象已经向上转型成为Object,也就是说我们的泛型只能使用Object的方法，而不能获取到真正的持有类的方法，于是，擦除边界就诞生了。

public class Base{
  public void func(){
     System.out.println(“This is Base”)；
  }
}

public class Holder<T extends Base>{
  T mVar;
  public void set(T var){
    this.mVar = var;
  }
  public func(){
    this.mVar.func();
  }
}

通过这样，我们的持有类型其实就由原本的Object变为了Base,这样我们就可以调用Base中的方法。同时还可以extends多个接口。

interface Animal{
    public void speek();
}
interface Fish{
    public void bubble();
}
class GoldenFish implements Animal, Fish{
    @Override
    public void bubble() {
        System.out.println("O。.");
    }
    @Override
    public void speek() {
        System.out.println("wow~");
    }
}
class HoldItem<T>{
    T item;
    HoldItem(T item){ this.item = item; }
    T getItem() { return item; }
}
class Item1<T extends Animal & Fish> extends HoldItem<T>{
    Item1(T item){ super(item); }
    public void doSomething(){
        item.speek();
        item.bubble();
    }
}

这里的Item的持有对象必须是Animal和Fish。为了在泛型类中能够判断类型，可以引入类型标签.

class ClassTypeCapture<T> {
    Class<T> kind;
    public ClassTypeCapture(Class<T> kind){
        this.kind = kind;
    }
    public boolean f(Object arg){
        return kind.isInstance(arg);
    }
    public static void main(String[] args){
        ClassTypeCapture<String> ctc = new ClassTypeCapture<String>(String.class);
        System.out.println(ctc.f("art")); // true
        System.out.println(ctc.f(1));  // false
    }
}

泛型数组

public class ArrayItem<T>{};
public class Demo{
  private ArrayItem<Integer> array;
  public Demo(int size){
    //this.array = (ArrayItem<Integer>[])new Object[size];//运行时错误：ClassCastException
    this.array = (ArrayItem<Integer>[])new ArrayItem[size];
  }
}

成功创建泛型数组的唯一方式就是创建一个被擦除类型的新数组，然后对其转型。

参考

• Java编程思想笔记四

在以前的版本中使用泛型类型，需要在声明并赋值的时候，两侧都加上泛型类型。例如：

Map<String, String> myMap = new HashMap<String, String>();

不过，在Java SE 7中，这种方式得以改进，现在你可以使用如下语句进行声明并赋值：

Map<String, String> myMap = new HashMap<>();    //注意后面的"<>"

在这条语句中，编译器会根据变量声明时的泛型类型自动推断出实例化HashMap时的泛型类型。再次提醒一定要注意new HashMap后面的「<>」，只有加上这个「<>」才表示是自动类型推断，否则就是非泛型类型的HashMap，并且在使用编译器编译源代码时会给出一个警告提示。

注意：Java SE 7在创建泛型实例时的类型推断是有限制的，你只能在联系上下文可以明确确定参数化类型的时候使用泛型推断。例如：下面的例子无法正确编译：

1. List<String> list = new ArrayList<>();
2. list.add("A");
3. // 由于addAll期望获得Collection<? extends String>类型的参数，因此下面的语句无法通过
4. list.addAll(new ArrayList<>());

与上面的例子相比，下面的这个例子可以通过编译：

1. List<String> list = new ArrayList<>();
2. list.add("A");
3. List<? extends String> list2 = new ArrayList<>();
4. list.addAll(list2);