• java泛型文档


    摘要和关键字... 1
    1.       介绍... 1
    2.       定义简单的泛型... 2
    3.       泛型和子类继承... 3
    4.       通配符(Wildcards). 4
    4.1.       有限制的通配符(Bounded Wildcards). 5
    5.       泛型方法... 6
    6.       与旧代码交互... 9
    6.1.       在泛型代码中使用老代码... 9
    6.2.       擦除和翻译(Erasure and Translation). 10
    6.3.     在老代码中使用泛型代码... 11
    7.       要点(The Fine Print). 12
    7.1.       一个泛型类被其所有调用共享... 12
    7.2.       转型和instanceof 13
    7.3.       数组Arrays. 13
    8.       Class Literals as Run-time Type Tokens. 14
    9.       More fun with *. 16
    9.1.       通配符匹配(wildcard capture). 18
    10.     泛型化老代码... 18
    11.     致谢... 20


    1.            介绍
    JDK1.5中引入了对java语言的多种扩展,泛型(generics)即其中之一。

    这个教程的目标是向您介绍java的泛型(generic)。你可能熟悉其他语言的泛型,最著名的是C++的模板(templates)。如果这样,你很快就会看到两者的相似之处和重要差异。如果你不熟悉相似的语法结构,那么更好,你可以从头开始而不需要忘记误解。

    Generics允许对类型进行抽象(abstract over types)。最常见的例子是集合类型(Container types),Collection的类树中任意一个即是。

    下面是那种典型用法:

           List myIntList = new LinkedList();// 1

            myIntList.add(new Integer(0));// 2

           Integer x = (Integer) myIntList.iterator().next();// 3

    第3行的类型转换有些烦人。通常情况下,程序员知道一个特定的list里边放的是什么类型的数据。但是,这个类型转换是必须的 (essential)。编译器只能保证iterator返回的是Object类型。为了保证对Integer类型变量赋值的类型安全,必须进行类型转换。

    当然,这个类型转换不仅仅带来了混乱,它还可能产生一个运行时错误(run time error),因为程序员可能会犯错。

    程序员如何才能明确表示他们的意图,把一个list中的内容限制为一个特定的数据类型呢?这是generics背后的核心思想。这是上面程序片断的一个泛型版本:

           List<Integer> myIntList = new LinkedList<Integer>(); // 1

           myIntList.add(new Integer(0)); // 2

           Integer x = myIntList.iterator().next(); // 3

    注意变量myIntList的类型声明。它指定这不是一个任意的List,而是一个Integer的List,写作:List<Integer>。我们说List是一个带一个类型参数的泛型接口(a generic interface that takes a type parameter),本例中,类型参数是Integer。我们在创建这个List对象的时候也指定了一个类型参数。

    另一个需要注意的是第3行没了类型转换。

    现在,你可能认为我们已经成功地去掉了程序里的混乱。我们用第1行的类型参数取代了第3行的类型转换。然而,这里还有个很大的不同。编译器现在能够在编译时检查程序的正确性。当我们说myIntList被声明为List<Integer>类型,这告诉我们无论何时何地使用 myIntList变量,编译器保证其中的元素的正确的类型。与之相反,一个类型转换说明程序员认为在那个代码点上它应该是那种类型。

    实际结果是,这可以增加可读性和稳定性(robustness),尤其在大型的程序中。
    2.            定义简单的泛型

    下面是从java.util包中的List接口和Iterator接口的定义中摘录的片断:

    public interface List<E> {

               void add(E x);

               Iterator<E> iterator();

    }

    public interface Iterator<E> {

               E next();

               boolean hasNext();

    }

    这些都应该是很熟悉的,除了尖括号中的部分,那是接口List和Iterator中的形式类型参数的声明(the declarations of the formal type parameters of the interfaces List and Iterator)。

    类型参数在整个类的声明中可用,几乎是所有可是使用其他普通类型的地方(但是有些重要的限制,请参考第7部分)。

    (原文:Type parameters can be used throughout the generic declaration, pretty much where you would use ordinary types (though there are some important restrictions; see section 7))



    在介绍那一节我们看到了对泛型类型声明List(the generic type declaration List)的调用,如List<Integer>。在这个调用中(通常称作一个参数化类型a parameterized type),所有出现形式类型参数(formal type parameter,这里是E)都被替换成实体类型参数(actual type argument)(这里是Integer)。

    你可能想象,List<Integer>代表一个E被全部替换成Integer的版本:

    public interface IntegerList {

    void add(Integer x)

    Iterator<Integer> iterator();

    }

    这种直觉可能有帮助,但是也可能导致误解。

    它有帮助,因为List<Integer>的声明确实有类似这种替换的方法。

    它可能导致误解,因为泛型声明绝不会实际的被这样替换。没有代码的多个拷贝,源码中没有、二进制代码中也没有;磁盘中没有,内存中也没有。如果你是一个C++程序员,你会理解这是和C++模板的很大的区别。

    一个泛型类型的声明只被编译一次,并且得到一个class文件,就像普通的class或者interface的声明一样。

    类型参数就跟在方法或构造函数中普通的参数一样。就像一个方法有形式参数(formal value parameters)来描述它操作的参数的种类一样,一个泛型声明也有形式类型参数(formal type parameters)。当一个方法被调用,实参(actual arguments)替换形参,方法体被执行。当一个泛型声明被调用,实际类型参数(actual type arguments)取代形式类型参数。

    一个命名的习惯:我们推荐你用简练的名字作为形式类型参数的名字(如果可能,单个字符)。最好避免小写字母,这使它和其他的普通的形式参数很容易被区分开来。许多容器类型使用E作为其中元素的类型,就像上面举的例子。在后面的例子中还会有一些其他的命名习惯。


    3.            泛型和子类继承

    让我们测试一下我们对泛型的理解。下面的代码片断合法么?

    List<String> ls = new ArrayList<String>(); //1

    List<Object> lo = ls; //2

    第1行当然合法,但是这个问题的狡猾之处在于第2行。

    这产生一个问题:

    一个String的List是一个Object的List么?大多数人的直觉是回答:“当然!”。

    好,在看下面的几行:

    lo.add(new Object()); // 3

    String s = ls.get(0); // 4: 试图把Object赋值给String

    这里,我们使用lo指向ls。我们通过lo来访问ls,一个String的list。我们可以插入任意对象进去。结果是ls中保存的不再是String。当我们试图从中取出元素的时候,会得到意外的结果。

    java编译器当然会阻止这种情况的发生。第2行会导致一个编译错误。

    总之,如果Foo是Bar的一个子类型(子类或者子接口),而G是某种泛型声明,那么G<Foo>是G<Bar>的子类型并不成立!!

    这可能是你学习泛型中最难理解的部分,因为它和你的直觉相反。

    这种直觉的问题在于它假定这个集合不改变。我们的直觉认为这些东西都不可改变。

    举例来说,如果一个交通部(DMV)提供一个驾驶员里表给人口普查局,这似乎很合理。我们想,一个List<Driver>是一个 List<Person>,假定Driver是Person的子类型。实际上,我们传递的是一个驾驶员注册的拷贝。然而,人口普查局可能往驾驶员list中加入其他人,这破坏了交通部的记录。

    为了处理这种情况,考虑一些更灵活的泛型类型很有用。到现在为止我们看到的规则限制比较大。
    4.            通配符(Wildcards)

    考虑写一个例程来打印一个集合(Collection)中的所有元素。下面是在老的语言中你可能写的代码:

                void printCollection(Collection c) {

                     Iterator i = c.iterator();

                     for (int k = 0; k < c.size(); k++) {

                           System.out.println(i.next());

                      }

    }

    下面是一个使用泛型的幼稚的尝试(使用了新的循环语法):

          void printCollection(Collection<Object> c) {

               for (Object e : c) {

                     System.out.println(e);

               }

    }

    问题是新版本的用处比老版本小多了。老版本的代码可以使用任何类型的collection作为参数,而新版本则只能使用Collection<Object>,我们刚才阐述了,它不是所有类型的collections的父类。

    那么什么是各种collections的父类呢?它写作: Collection<?>(发音为:"collection of unknown"),就是,一个集合,它的元素类型可以匹配任何类型。显然,它被称为通配符。我们可以写:

    void printCollection(Collection<?> c) {

    for (Object e : c) {

    System.out.println(e);

    }

    }

    现在,我们可以使用任何类型的collection来调用它。注意,我们仍然可以读取c中的元素,其类型是Object。这永远是安全的,因为不管collection的真实类型是什么,它包含的都是objects。但是将任意元素加入到其中不是类型安全的:

    Collection<?> c = new ArrayList<String>();

    c.add(new Object()); // 编译时错误

    因为我们不知道c的元素类型,我们不能向其中添加对象。

    add方法有类型参数E作为集合的元素类型。我们传给add的任何参数都必须是一个未知类型的子类。因为我们不知道那是什么类型,所以我们无法传任何东西进去。唯一的例外是null,它是所有类型的成员。

    另一方面,我们可以调用get()方法并使用其返回值。返回值是一个未知的类型,但是我们知道,它总是一个Object,因此把get的返回值赋值给一个Object类型的对象或者放在任何希望是Object类型的地方是安全的。
    4.1.     有限制的通配符(Bounded Wildcards)

    考虑一个简单的画图程序,它可以用来画各种形状,比如矩形和圆形。

    为了在程序中表示这些形状,你可以定义下面的类继承结构:

    public abstract class Shape {

    public abstract void draw(Canvas c);

    }

    public class Circle extends Shape {

    private int    x, y, radius;

    public void draw(Canvas c) { // ...

    }

    }

    public class Rectangle extends Shape {

    private int    x, y, width, height;

    public void draw(Canvas c) {

    // ...

    }

    }

    这些类可以在一个画布(Canvas)上被画出来:

    public class Canvas {

    public void draw(Shape s) {

    s.draw(this);

    }

    }

    所有的图形通常都有很多个形状。假定它们用一个list来表示,Canvas里有一个方法来画出所有的形状会比较方便:

          public void drawAll(List<Shape> shapes) {

              for (Shape s : shapes) {

                 s.draw(this);

             }

    }

    现在,类型规则导致drawAll()只能使用Shape的list来调用。它不能,比如说对List<Circle>来调用。这很不幸,因为这个方法所作的只是从这个list读取shape,因此它应该也能对List<Circle>调用。我们真正要的是这个方法能够接受一个任意种类的shape:

    public void drawAll(List<? extends Shape> shapes) { //..}

    这里有一处很小但是很重要的不同:我们把类型 List<Shape> 替换成了 List<? extends Shape>。现在drawAll()可以接受任何Shape的子类的List,所以我们可以对List<Circle>进行调用。

    List<? extends Shape>是有限制通配符的一个例子。这里?代表一个未知的类型,就像我们前面看到的通配符一样。但是,在这里,我们知道这个未知的类型实际上是 Shape的一个子类(它可以是Shape本身或者Shape的子类而不必是extends自Shape)。我们说Shape是这个通配符的上限 (upper bound)。

    像平常一样,要得到使用通配符的灵活性有些代价。这个代价是,现在像shapes中写入是非法的。比如下面的代码是不允许的:

             public void addRectangle(List<? extends Shape> shapes) {

           shapes.add(0, new Rectangle()); // compile-time error!

        }

    你应该能够指出为什么上面的代码是不允许的。因为shapes.add的第二个参数类型是? extends Shape ——一个Shape未知的子类。因此我们不知道这个类型是什么,我们不知道它是不是Rectangle的父类;它可能是也可能不是一个父类,所以这里传递一个Rectangle不安全。

    有限制的通配符正是我们解决DMV给人口普查局传送名单的例子所需要的。我们的例子假定数据用一个姓名(String)到people(用 Person或其子类来表示,比如Driver)。Map<K,V>是一个有两个类型参数的泛型类型的例子,表示map的键key和值 value。

    再一次,注意形式类型参数的命名习惯——K代表keys,V代表vlaues。

    public class Census {

    public static void  addRegistry(Map<String, ? extends Person> registry) { ...}

    }...

    Map<String, Driver> allDrivers = ...;

    Census.addRegistry(allDrivers);
    5.            泛型方法

    考虑写一个方法,它用一个Object的数组和一个collection作为参数,完成把数组中所有object放入collection中的功能。

    下面是第一次尝试:

    static void fromArrayToCollection(Object[] a, Collection<?> c) {

    for (Object o : a) {

    c.add(o); // 编译期错误

    }

    }

    现在,你应该能够学会避免初学者试图使用Collection<Object>作为集合参数类型的错误了。或许你已经意识到使用 Collection<?>也不能工作。会议一下,你不能把对象放进一个未知类型的集合中去。

    解决这个问题的办法是使用generic methods。就像类型声明,方法的声明也可以被泛型化——就是说,带有一个或者多个类型参数。

    static <T> void fromArrayToCollection(T[] a, Collection<T> c){

           for (T o : a) {

               c.add(o); // correct

           }

        }

    我们可以使用任意集合来调用这个方法,只要其元素的类型是数组的元素类型的父类。

          Object[] oa = new Object[100];

          Collection<Object> co = new ArrayList<Object>();

          fromArrayToCollection(oa, co);// T 指Object

          String[] sa = new String[100];

          Collection<String> cs = new ArrayList<String>();

          fromArrayToCollection(sa, cs);// T inferred to be String

          fromArrayToCollection(sa, co);// T inferred to be Object

          Integer[] ia = new Integer[100];

          Float[] fa = new Float[100];

          Number[] na = new Number[100];

          Collection<Number> cn = new ArrayList<Number>();

          fromArrayToCollection(ia, cn);// T inferred to be Number

          fromArrayToCollection(fa, cn);// T inferred to be Number

          fromArrayToCollection(na, cn);// T inferred to be Number

          fromArrayToCollection(na, co);// T inferred to be Object

          fromArrayToCollection(na, cs);// compile-time error

    注意,我们并没有传送真实类型参数(actual type argument)给一个泛型方法。编译器根据实参为我们推断类型�%8
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