Java中的泛型



泛型的基本概念


  • ​泛型:​ 参数化类型

  • ​参数:​

  • 定义方法时有形参
  • 调用方法时传递实参

  • ​参数化类型:​ 将类型由原来的具体的类型参数化,类似方法中的变量参数

  • ​类型定义成参数形式,​ 可以称为​类型形参​
  • 在使用或者调用时传入具体的类型,可以称为​类型实参​


  • ​泛型的本质是为了参数化类型​

  • 在不创建新的类型的情况下,通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型
  • 在泛型使用过程中,操作的数据类型被指定为一个参数,这种参数类型可以用在:

  • ​类 - 泛型类​
  • ​接口 - 泛型接口​
  • ​方法 - 泛型方法​


  • ​泛型示例:​

List arrayList = new ArrayList(); arrayList.add("aaaa"); arrayList.add(100); arrayList.forEach(i -> { String item = (String) arrayList.get(i); Log.d("泛型", "item = " + item); });

  • 这样的写法会导致程序出现异常崩溃结束:

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String


  • 这里的​ArrayList​可以存放任意类型,添加了一个String类型,添加了一个Integer类型,再使用时都以String的方式使用,因此程序崩溃
  • 泛型就是解决这样的问题
  • 再讨论另一种情况,如果将第一行声明初始的代码修改一下,那么在编译阶段就能发现问题:

List arrayList = new ArrayList<String>(); arrayList.add("aaaa"); arrayList.add(100); // 这一步在编译阶段,编译器就会报错 arrayList.forEach(i -> { String item = (String) arrayList.get(i); Log.d("泛型", "item = " + item); });

  • ​泛型只在编译阶段有效:​
List<String> stringArrayList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList<Integer>();

Class classStringArrayList = stringArrayList.getClass();
Class classIntegerArrayList = integerArrayList.getClass();

if (classStringArrayList.equals(classIntegerArrayList)) {
  Log.d("泛型", "类型相同");
}

可以发现,在编译过后,程序会采取​去泛型化​措施.也就是说,Java中的泛型,只在编译阶段有效.在编译过程中,​正确检验泛型结果后,会将泛型的相关信息擦除,并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换方法​

  • ​泛型类型在逻辑上可以看成多个不同的类型,实际上都是相同的基本类型​

泛型的使用

  • ​泛型有三种使用方式:​

  • 泛型类
  • 泛型接口
  • 泛型方法

泛型类


  • ​泛型类:​ 泛型类型用于类定义中

  • ​通过泛型类可以完成对一组类的操作对外开发相同的接口​
  • 最典型的就是各种容器类:

  • List
  • Set
  • Map


  • 泛型类的最基本写法:

class 类名称 <泛型标识: 标识号,标识指定的泛型的类型> {
  private 泛型标识 成员变量类型 成员变量名;
}
  • 示例:
/*
 * 这里的T可以为任意标识,通常使用T,E,K,V等形式的参数表示泛型
 * 在实例化泛型时,必须指定T的具体类型
 */
 public class Generic<T> {
  // key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定
  private T key;

  // 泛型构造方法形参key的类型也为T,T的类型由外部指定
  public Generic(T key) {
    this.key = key;
  }

  // 泛型构造方法getKey的返回值类型为T,T的类型由外部指定
  public T getKey() {
  }
 }
/*
 * 泛型的类型参数只可以是类类型,包括自定义类. 不能是简单类型
 */
 // 传入的实参类型需要与泛型类型的参数类型相同,即Integer
 Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456);
 // 传入的实参类型需要与泛型类型的参数类型相同,即String
 Generic<String> genericString = new Generic<String>("key_value");

 Log.d("泛型测试", "key is" + genericInteger.getKey());
 Log.d("泛型测试", "key is" + genericString.getKey());
泛型测试: key is 123456
泛型测试: key is key_value

  • ​泛型类中不一定要传入泛型类型的实参:​
  • ​​Generic genericString = new Generic("1111"); Generic genericInteger = new Generic(5555); Generic genericBigDecimal = new Generic(66.66); Generic genericBoolean = new Generic(true); Log.d("泛型测试", "key is" + genericString.getKey()); Log.d("泛型测试", "key is" + genericInteger.getKey()); Log.d("泛型测试", "key is" + genericBigDecimal.getKey()); Log.d("泛型测试", "key is" + genericBoolean.getKey()); ​​​​D/泛型测试: key is 1111 D/泛型测试: key is 5555 D/泛型测试: key is 66.66 D/泛型测试: key is true ​​

  • 如果传入泛型实参,会根据传入的泛型实参做相应的限制,此时泛型才会起到本应起到的限制作用
  • 如果不传如泛型类型的实参,在泛型类中使用泛型的方法或者成员变量的定义可以为任何类型

  • ​泛型的类型参数只能是类类型,不能是简单类型​
  • ​不能对确切的泛型类型使用instanceof操作,编译时会出错​

泛型接口


  • 泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同
  • 泛型接口常常被用在各种类的生产器中
  • ​示例:​

// 定义一个泛型接口
public interface Generator<T> {
  public T next();
}
  • 当实现泛型接口的类,未传入泛型实参时:
/**
 * 未传入泛型实参时,与泛型类的定义相同,在声明类的时候,需将泛型的声明也一起加到类中:
 *    即 class FruitGenerator<T> implements Generator<T> {}
 *    如果不声明泛型,比如: class FruitGenerator implements Generator<T>. 此时编译器会报错 - Unknown class
 */
 class FruitGenerator<T> implements Generator<T> {
  @Override
  public T next() {
    return null;
  }
 }
  • 当实现泛型接口的类,传入泛型实参时:
/**
 * 传入泛型实参时:
 *    定义一个生产器实现这个接口
 *    尽管只创建了一个泛型接口Generator<T>,但是可以为T传入无数个实参,形成无数种类型的Generator接口
 *    在实现类实现泛型接口时,如果已经将泛型类型传入实参类型,则所有使用泛型的地方动摇替换成传入的实参类型
 *      即: Generator<T>, public T next(); 这里的T都要替换成传入的String类型
 */
 public class FruitGenerator implements Generator<String> {
  private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};

  @Override
  public String next() {
    Random rand = new Random();
    return fruits[rand.nextInt(3)];
  }
 }

泛型通配符



  • ​Integer​是​number​的一个子类 ​,Generic< Integer >​ 与​Generic< number >​ 实际上是相同的一种类型
  • 由此,产生如下问题:

  • 在使用​Generic< number >​ 作为形参的方法中,能否使用​Generic< Integer >​ 的实例传入?
  • 在逻辑上类似于Generic< number >和Generic< Integer >是否可以看成是具有父子关系的泛型类型呢?



  • ​Generic< T >泛型类示例:​
public void showKeyValue1(Generic<Number> obj) {
  Log.d("泛型测试", "key value is" + obj.getKey());
}
Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
Generic<Number> gNumber = new Generic<Number>(456);

showKeyValue(gNumber);
showKeyValue这个方法编译器会报错:
  Generic<java.lang.Integer> cannot be applied to Generic<java.lang.Number> showKeyValue(gInteger);

由此可以看到Generic< Integer >不能看作是Generic< Number >的子类.


  • ​由此可见:​

  • ​同一种泛型可以对应多个版本,因为参数类型是不确定的​
  • ​不同版本的泛型类型实例是不兼容的​

  • 为了解决这样的问题,又不能为了定义一个新的方法来处理Generic< Integer >,这与Java中多态的理念违背.因此,需要一个在逻辑上可以表示同时是Generic< Integer >和Generic< Number >父类的引用类型.这样的类型就是类型通配符:
  • 使用通配符表示泛型:

public void showKeyValueWildcard(Generic<?> obj) {
  Log.d("泛型测试", "key value is" + obj.getKey());
}

  • 类型通配符一般使用 ​?​ 代替具体的类型实参:

  • 此处的 ​?​ 是​类型实参,​ 而不是类型形参.
  • 和Number,String,Integer一样,都是一种实际的类型
  • 可以把 ​?​ 看作是所有类型的父类,是一种真实的类型

  • ​类型通配符的使用场景:​

  • 当具体类型不确定的时候,这个通配符就是 ​?​
  • 当操作类型时,不需要使用类型的具体功能,只使用Object类中的功能,那么可以使用 ​?​ 通配符来表示未知的类型


泛型方法


  • 泛型类: 在实例化类的时候指明泛型的具体类型
  • ​泛型方法:​ 在调用方法的时候指明泛型的具体类型

/**
 * 泛型方法:
 *    1. public 和 返回值中间的 <T> 非常重要,可以理解为声明此方法为泛型方法
 *    2. 只有声明了 <T> 的方法才是泛型方法,泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法
 *    3. <T> 表示该方法将使用泛型类型T,此时才可以在方法中使用泛型类型T
 *    4. 与泛型类的定义一样,此处的T可以为任意标识,常见的比如: T, E, K, V等形式的参数常用于表示泛型
 * 
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为T类型
 */
 public <T> T genericMethod(Class<T> tClass) throws InstanttiationException, IllegalAccessException {
  T instance = tClass.newInstance();
  return instance;
 }
Object obj = genericMethod(Class.forName("com.oxford.test"));
泛型方法的基本用法
  • 泛型方法使用示例:
public class GenericTest {
  /* 
   * 下面这个类是一个泛型类
   */
   public class Generic<T> {
    private T key;

    public Generic(T key) {
      this.key = key;
    }

    /*
     * 这个方法虽然在方法使用了泛型,但是这不是一个泛型方法
     * 这只是类中一个普通的成员方法,只不过返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型
     * 所以在这个方法中才可以继续使用T这个泛型
     */
     public T getKey() {
      return key;
     }

    /*
     * 下面的这个方法显然是有问题的,在编译器中就会提示错误"cannot resolve symbol E"
     * 因为在类的声明中并未声明泛型E,所以在使用E做形参和返回值类型时,编译器会无法识别
     *  
     * public E setKey(E key) {
     *  this.key = key
     * }
     */
   } 

   /*
    * 下面这个方法是一个泛型方法:
    *   首先在public与返回值之间的<T>必不可少,这个表明这是一个泛型方法,并且声明了一个泛型T
    *   这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置
    *   泛型的数量也可以为任意多个
    */
    public <T> T showKeyName(Generic<T> container) {
      System.out.println("container key:" + container.getKey());
      T test = container.getKey();
      return test;
    }

    /*
     * 下面这个方法也不是一个泛型方法
     * 这就是一个普通的方法,只是使用了Generic<Number>这个泛型类做形参
     */
     public void showKeyValue1(Generic<Number> obj) {
      Log.d("泛型测试", "key value is " + obj.getKey());
     }

    /*
     * 下面这个方法也不是一个泛型方法
     * 这也是一个普通方法,只是使用了泛型通配符 ?
     * 从这里可以验证: 泛型通配符 ? 是一种类型实参,可以看作是所有类的父类
     */
     public void showKeyValue2(Generic<?> obj) {
      Log.d("泛型测试", "key value is" + obj.getKey());
     }

    /*
     * 下面这个方法是有问题的,在编译器中就会提示错误信息:"Unknown class 'E'"
     *  虽然声明了 <T>, 也表明这是一个可以处理泛型类型的泛型方法
     *  但是只声明了泛型类型T,并未声明泛型类型E,因此编译器不知道如何处理E这个类型
     * 
     * public <T> T showKeyName(Generic<E> container) {
     *  ...
     * }
     */ 

    /*
     * 下面这个方法也是有问题的,在编译器中就会提示错误信息:"Unknown class 'T'"
     *  对于编译器来说 T 这个类型并未在项目中声明过,因此编译器也不知道该如何编译这个类
     *  所以这也不是一个正确的泛型方法声明
     *  
     * public void showKey(T genericObj) {
     *  ...
     * }
     */

    public void main(String[] args) {
    }  
}
类中的泛型方法

  • 泛型方法可以出现在任何地方任何场景中进行使用
  • 但是,当泛型方法出现在泛型类中时,情况比较特殊:

public class GenericFruit {
  class Fruit {
    @Override
    public String toString() {
      return "fruit";
    }
  }

  class Apple extends Fruit {
    @Override
    public String toString() {
      retrun "apple";
    }
  }

  class Person {
    @Override
    public String toString() {
      return "Person";
    }
  }

  class GenerateTest<T> {
    public void show_1(T t) {
      System.out.println(t.toString());
    }

    /*
     * 在泛型类中声明一个泛型方法,使用泛型T
     * 注意这个T是一种全新的类型,可以与泛型类中声明的T不是同一个类型
     */
     public <T> void show_2(T t) {
      System.out.println(t.toString());
     }

    /* 
     * 在泛型类中声明一个泛型方法,使用泛型E. 这种泛型E可以为任意类型,可以与类型T相同
     * 由于泛型方法在声明的时候会声明泛型 <E>,因此即使在泛型类中并未声明泛型,编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型
     */
     public <E> void show_3(E t) {
      System.out.println(t.toString());
     }  
  } 

  public void main(String[] args) {
    Apple apple = new Apple();
    Person person = new Person();

    GenerateTest<Fruit> generateTest = new GenerateTest<Fruit>();
    // apple是Fruit的子类,所以这里可以
    generateTest.show_1(apple);

    /* 
     * 编译器会报错,因为泛型类型实参指定的是Fruit,而传入的实参类是Person
     *  
     * generateTest.show_1(person);
     */

    /*
     * 使用两个参数都能成功
     */
     generateTest.show_2(apple);
     generateTest.show_2(person);

    /*
     * 使用两个参数也都能成功
     */
     generateTest.show_3(apple);
     generateTest.show_3(person);
  }
}
泛型方法与可变参数
  • 泛型方法与可变参数:
public <T> void printMsg(T... args) {
  for (T t : args) {
    Log.d("泛型测试", "t is" + t);
  }
}
静态方法与泛型

  • 注意在类中的静态方法使用泛型:

  • ​静态方法无法访问类上定义的泛型​
  • ​如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候,必须要将泛型定义在方法上​

  • ​如果静态方法要使用泛型的话,必须将静态方法定义成泛型方法:​

public class StaticGenerator<T> {
  ...
  ...
  /*
   * 如果在类中定义使用泛型的静态方法,需要添加额外的泛型声明 - 将这个方法定义成泛型方法
   * 否则会报错: StaticGenerator cannot be refrenced from static context
   */
   public static <T> void show(T t) {
   }
}
泛型方法总结
  • 泛型方法能使方法独立于类而产生变化,使用原则:

  • ​无论何时,如果能做到,就尽量使用泛型方法​
  • ​如果使用泛型方法将整个类泛型话,就应该使用泛型方法​
  • ​对于一个static方法,无法访问泛型类型的参数.如果static方法要使用泛型,就必须使之成为泛型方法​

泛型的上下边界


  • ​在使用泛型的时候,可以为传入的泛型类型实参进行上下边界的限制:​
  • 比如: 类型的实参只准传入某种类型的父类或者某种类型的子类
  • ​为泛型方法添加上边界,即传入的类型实参必须是指定类型的子类型:​

public void showKeyValue1(Generic<? extends Number> obj) {
  Log.d("泛型测试", "key value is" + obj.getKey());
}

Generic<String> generic1 = new Generic<String>("11111");
Generic<Integer> generic2 = new Generic<Integer>(2222);
Generic<Float> generic3 = new Generic<Float>(2.4f);
Generic<Double> generic4 = new Generic<Double>(2.56);

/*
 * 这一行在编译的时候就会报错,因为String类型并不是Number类型的子类
 *  
 * showKeyValue1(generic1);
 */
 showKeyValue2(generic2);
 showKeyValue3(generic3);
 showKeyValue4(generic4);
  • ​为泛型类添加上边界,即类中泛型必须是指定类型的子类型:​
public class Generic<T extends Number> {
  private T key;

  public Generic(T key) {
    this.key = key;
  }

  public T getKey() {
    return key;
  }
}

/*
 * 这一行代码在编译的时候会报错,因为String的类型不是Number的子类
 */
 Generic<String> generic1 = new Generic<String>("1111");
  • ​在泛型方法中添加上下边界限制时,必须在权限声明与返回值之间的< T >上添加上下边界:​
/*
 * 如果使用:
 *    public <T> showKeyName(Generic<T extends Number> container);
 * 编译器会报错.
 */
 public <T extends Number> T showKeyName(Generic<T> container) {
  System.out.println("container key:" + container.getKey());
  T test = container.getKey();
  return test;
 }
  • 从上面可以看出 ​: 泛型的上下边界添加,必须与泛型的声明在一起​

泛型数组

  • ​在Java中,不能创建一个确切的泛型类型的数组​
/*
 * 这个数组创建的方式是不允许的
 * List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10];
 */

 // 使用通配符创建泛型数组是可以的
 List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10];

 // 下面的这个方法也是可以的
 List<String> ls = new ArrayList[10];
  • ​示例:​

List<String>[] lsa = new List<String>[10]; //不允许这样定义 Object o = lsa; Object[] oa = (Object) o; List<Integer> li = new ArrayList<Integer>(); li.add(new Integer(3)); oa[1] = li; // 不建议这样使用,但是可以通过运行时检查 String s = lsa[1].get(0); // 运行时报错,类型转换异常


  • ​由于JVM的擦除机制,在运行时JVM是不知道泛型信息的:​

  • 所有可以给​oa[1]​ 赋值一个​ArrayList​却不会出现异常
  • 但是在取出数据的时候要做一次类型转换,就会出现​ClassCastException​
  • 如果可以进行泛型数组的声明,那么上面的这种情况在编译期将不会出现任何警告和错误,只有在运行时才会报错

  • ​通过对泛型数组的声明进行限制,对于这样的情况,可以在编译期提示代码有类型安全问题​


  • ​数组的类型不可以是类型变量,除非是采用通配符的方式:​ 因为对于通配符的方式,最后取出数据是要做显式的类型转换的
List<?>[] lsa= new List<?>[10]; // 可以这样定义为泛型数组
Object o = lsa;
Object[] oa = (Object[]) o;
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.add(new Integer(3));
oa[1] = li; // 可以这样赋值
Integer i = (Integer) lsa[1].get(0); // 可以这样取出数据