什么是泛型？

时间  2020-01-20
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1、泛型的概念

泛型是 Java SE5 出现的新特性，泛型的本质是类型参数化或参数化类型，在不建立新的类型的状况下，经过泛型指定的不一样类型来控制形参具体限制的类型。java

2、泛型的意义

通常的类和方法，只能使用具体的类型：要么是基本类型，要么是自定义的类。若是要编写能够应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。git

Java 在引入泛型以前，表示可变对象，一般使用 Object 来实现，可是在进行类型强制转换时存在安全风险。有了泛型后：github

  • 编译期间肯定类型，保证类型安全，放的是什么，取的也是什么，不用担忧抛出 ClassCastException 异常。
  • 提高可读性，从编码阶段就显式地知道泛型集合、泛型方法等处理的对象类型是什么。
  • 泛型合并了同类型的处理代码提升代码的重用率，增长程序的通用灵活性。

举个例子：编程

public static void method1() {
    List list = new ArrayList();
    List.add(22);
    List.add("hncboy");
    List.add(new Object());

    for (Object o : list) {
        System.out.println(o.getClass());
    }
}复制代码

未使用泛型前，咱们对集合能够进行任意类型的 add 操做，遍历结果都被转换成 Object 类型，由于不肯定集合里存放的具体类型，输出结果以下所示。数组

class java.lang.Integer
class java.lang.String
class java.lang.Object复制代码

采用泛型以后，建立集合对象能够明确的指定类型，在编译期间就肯定了该集合存储的类型，存储其余类型的对象编译器会报错。这时遍历集合就能够直接采用明确的 String 类型输出。安全

public static void method2() {
    List<String> list = new ArrayList();
    list.add("22");
    list.add("hncboy");
    //list.add(new Object()); 报错

    for (String s : arrayList) {
        System.out.println(s);
    }
}复制代码

3、泛型的表示

泛型能够定义在类、接口、方法中，分别表示为泛型类、泛型接口、泛型方法。泛型的使用须要先声明，声明经过 <符号> 的方式，符号能够任意，编译器经过识别尖括号和尖括号内的字母来解析泛型。泛型的类型只能为类，不能为基本数据类型。尖括号的位置也是固定的，只能在类名以后或方法返回值以前。微信

通常泛型有约定的符号：E 表明 Element， 一般在集合中使用；T 表明 Type， 一般用于表示类；K 表明 Key，V 表明 Value， 一般用于键值对的表示；? 表明泛型通配符。 ide

泛型的表达式有以下几种：函数

  • 普通符号
  • 无边界通配符
  • 上界通配符 父类是 E
  • 下界通配符 是 E 的父类

4、泛型的使用

4.1 泛型类

将泛型定义在类名后，使得用户在使用该类时，根据不一样状况传入不一样类型。在类上定义的泛型，在实例方法中能够直接使用，不须要定义，可是静态方法上的泛型须要在静态方法上声明，不能直接使用。举个例子：学习

public class Test<T> {
    
    private T data;

    public T getData() {
        return data;
    }

    /** 这种写法是错误的，提示 T 未定义 */
    /*public static T get() {
        return null;
    }*/
    /** 正确写法，该方法上的 T 和类上的 T 虽然同样，可是是两个指代，能够彻底相同，互不影响 */
    public static <T> T get() {
        return null;
    }
    
    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}复制代码

4.2 泛型方法

泛型方法，是在调用方法时指明的具体的泛型类型。虽然类上定义的泛型，实例方法中能够直接使用，可是该方法不属于泛型方法。举个例子：get 方法为泛型方法，并且该程序能编译经过运行，由于尖括号里的每一个元素都指代一种未知类型，能够为任何符号，尖括号里的 String 并不是 java.lang.String 类型，而是做为泛型标识 ，传入的 first 为 Integer 类型，因此该 String 标识符也指代 Integer 类型，返回值天然也是 Integer 类型。不过，应该也不会用这种泛型符号定义在实际状况中。 

public class Test {

    public static <String, T, Hncboy> String get(String string, Hncboy hncboy) {
        return string;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer first = 666;
        Double second = 888.0;
        Integer result = get(first, second);
        System.out.println(result);
    }
}复制代码

4.3 泛型通配符

? 为泛型非限定通配符，表示类型未知，不用声明，能够匹配任意的类。该通配符只能读，不能写，且不对返回值进行操做。也能够将非限定通配符出现的地方用普通泛型标识，不过使用通配符更简洁。举个例子：

test1() 是经过通配符来输出集合的每个元素的，test2() 和 test1() 的做用同样，只不过将通配符用 来代替了；test3() 用来演示集合在通配符的状况下写操做，发现编译器报错，int 和 String 都不属于 ? 类型，固然放不进集合，由于全部类都有 null 元素，因此能够放进集合。好比主函数传的是 List ，而想要在集合里添加一个 String，这是不可能的；test4() 的写法也是错的，? 是不肯定，返回值返回不了；test5() 的用法使用来比较 List 和 List 的，在主函数里调用 test5(list) 报错的，显示 java: 不兼容的类型: java.util.List 没法转换为java.util.List ，由于 List 不是 List 的子类。 

public class Test {

    public static void test1(List<?> list) {
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }

    public static <T> void test2(List<T> list) {
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }

    public static void test3(List<?> list) {
        //list.add(1); capture of ?
        //list.add("1"); capture of ?
        list.add(null);
    }

    /*public static ? test4(List<?> list) {
        return null;
    }*/
    
    public static void test5(List<Object> list) {
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        test1(list);
        test2(list);
        //test5(list);
    }
}复制代码

经过使用泛型通配符能够实现泛型的上下边界 和 ，下面将使用 Number 类以及该类的子类来演示这两种上下型边界，Number 类的关系图以下。


表示类型为 Number 或 Number 的子类， 表示类型为 Integer 或 Integer 的父类，举个例子，method1 方法测试是上边界 Number，因为 arrayList1 和 arrayList2 的泛型都为 Number 或其子类，因此能够插入成功，而 arrayList3 的类型 String 和 Number 无关，所以编译报错。method2 方法测试的是下边界 Integer，因为 arrayList4，arrayList5 和 arrayList7 种的类型 Integer、Object 和 Number 都为 Integer 的父类，因此插入成功，而 arrayList7 的类型 Double，所以插入失败。

public class Generic {
    
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList1 = new ArrayList<>();
            ArrayList<Number> arrayList2 = new ArrayList<>();
            ArrayList<String> arrayList3 = new ArrayList<>();
            method1(arrayList1);
            method1(arrayList2);
         //method1(arrayList3);
        
        ArrayList<Integer> arrayList4 = new ArrayList<>();
         ArrayList<Object> arrayList5 = new ArrayList<>();
         ArrayList<Number> arrayList6 = new ArrayList<>();
         ArrayList<Double> arrayList7 = new ArrayList<>();
         method2(arrayList4);
         method2(arrayList5);
         method2(arrayList6);
         //method2(arrayList7)
    }
    
    public static void method1(ArrayList<? extends Number> arrayList) {
    }
    
    public static void method2(ArrayList<? super Integer> arrayList) {
    }
}复制代码

4.4 泛型接口

泛型接口就是在接口上定义的泛型，当一个类型未肯定的类实现接口时，须要声明该类型。举个例子：

public interface CalcGeneric<T> {
    T add(T num1, T num2);
}

public class CalculatorGeneric<T> implements CalcGeneric<T> {

    @Override
    public T add(T num1, T num2) {
        return null;
    }
}复制代码

4.5 泛型数组

数组是支持协变的，什么是数组的协变呢？举个例子：这段代码中，数组支持以 1 的方式定义数组，由于 Integer 是 Number 的子类，一个 Integer 对象也是一个 Number 对象，因此一个 Integer 的数组也是一个 Number 的数组，这就是数组的协变。虽然这种写法编译时能经过，可是数组实际上存储的是 Integer 对象，若是加入 Double 对象，那么在运行时就会抛出 ArrayStoreException 异常，该种设计存在缺陷。3 方式所示的定义数组方式编译错误，4 所指示的代码才是正确的。泛型是不变的，没有内建的协变类型，使用泛型的时候，类型信息在编译期会被类型擦除，因此泛型将这种错误检测移到了编译器。泛型的设计目的之一就是保证了类型安全，让这种运行时期的错误在编译期就能发现，因此泛型是不支持协变的，如 5 所示的该行代码会有编译错误，

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Number[] numbers = new Integer[10]; // 1
        // java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Double
        numbers[0] = new Double(1); // 2
        //List<String>[] list = new ArrayList<String>[10]; // 3
        List<String>[] list2 = new ArrayList[10]; // 4
        //List<Number> list3 = new ArrayList<Integer>(); // 5
    }
}复制代码

4.6 泛型擦除

在泛型内部，没法得到任何有关泛型参数类型的信息，泛型只在编译阶段有效，泛型类型在逻辑上可当作是多个不一样的类型，可是其实质都是同一个类型。由于泛型是在JDK5以后才出现的，须要处理 JDK5以前的非泛型类库。擦除的核心动机是它使得泛化的客户端能够用非泛化的类库实现，反之亦然，这常常被称为"迁移兼容性"。

代价：泛型不能用于显式地引用运行时类型地操做之中，例如转型、instanceof 操做和 new 表达式，由于全部关于参数地类型信息都丢失了。不管什么时候，当你在编写这个类的代码的时候，提醒本身，他只是个Object。catch 语句不能捕获泛型类型的异常。

举个例子：这串代码的运行输出是，所以可见泛型在运行期间对类型进行了擦除。

class java.util.ArrayList
class java.util.ArrayList
true复制代码

public static void method1() {
    List<Integer> integerArrayList = new ArrayList();
    List<String> stringArrayList = new ArrayList();

    System.out.println(integerArrayList.getClass());
    System.out.println(stringArrayList.getClass());
    System.out.println(integerArrayList.getClass() == stringArrayList.getClass());
}复制代码

将上面的 Java 代码编译成字节码后查看也可看见两个集合都是 java/util/ArrayList

public static method1()V
    L0
    LINENUMBER 14 L0
    NEW java/util/ArrayList
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/ArrayList.<init> ()V
    ASTORE 0
    L1
    LINENUMBER 15 L1
    NEW java/util/ArrayList
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/ArrayList.<init> ()V
    ASTORE 1复制代码

由于在运行期间类型擦除的关系，能够经过反射在运行期间修改集合能添加的类，不过添加后查询该集合会抛出 ClassCastException 异常，代码以下。

public static void method4() throws Exception {
    ArrayList<String> stringArrayList = new ArrayList<>();
    stringArrayList.add("hnc");
    stringArrayList.add("boy");
    System.out.println("以前长度：" + stringArrayList.size());

    // 经过反射增长元素
    Class<?> clazz = stringArrayList.getClass();
    Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
    method.invoke(stringArrayList, 60);

    System.out.println("以后长度：" + stringArrayList.size());
    // 存的仍是 Integer 类型
    // java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
    for (int i = 0; i < stringArrayList.size(); i++) {
        System.out.println(stringArrayList.get(i).getClass());
    }
}复制代码

5、总结

泛型在平时的学习中用到的仍是挺多的。

  • 数组不支持泛型
  • 泛型的类型不能为基础数据类型
  • 泛型只在编译阶段有效

Java 编程思想

码出高效 Java 开发手册

java 泛型详解

文章同步到公众号和Github，有问题的话能够联系做者。


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