Java 泛型原理

时间 2019-12-01

标签 java 原理栏目 Java 繁體版

原文原文链接

泛型是什么？

考虑如下场景：您但愿开发一个用于在应用中传递对象的容器。但对象类型并不老是相同。所以，须要开发一个可以存储各类类型对象的容器。安全

鉴于这种状况，要实现此目标，显然最好的办法是开发一个可以存储和检索 Object 类型自己的容器，而后在将该对象用于各类类型时进行类型转换。bash

实例1中的类演示了如何开发此类容器。编辑器

public class ObjectContainer {
    private Object obj;

    /**
     * @return the obj
     */
    public Object getObj() {
        return obj;
    }

    /**
     * @param obj the obj to set
     */
    public void setObj(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }
    
}


ObjectContainer myObj = new ObjectContainer();

// store a string
myObj.setObj("Test");
System.out.println("Value of myObj:" + myObj.getObj());
// store an int (which is autoboxed to an Integer object)
myObj.setObj(3);
System.out.println("Value of myObj:" + myObj.getObj());

List objectList = new ArrayList();
objectList.add(myObj);
// We have to cast and must cast the correct type to avoid ClassCastException!
String myStr = (String) ((ObjectContainer)objectList.get(0)).getObj(); 
System.out.println("myStr: " + myStr);
复制代码

虽然这个容器会达到预期效果，但就咱们的目的而言，它并非最合适的解决方案。它不是类型安全的，而且要求在检索封装对象时使用显式类型转换，所以有可能引起异常。函数

使用泛型能够开发一个更好的解决方案，在实例化时为所使用的容器分配一个类型，也称泛型类型，这样就能够建立一个对象来存储所分配类型的对象。ui

泛型类型是一种类型参数化的类或接口，这意味着能够经过执行泛型类型调用分配一个类型，将用分配的具体类型替换泛型类型。而后，所分配的类型将用于限制容器内使用的值，这样就无需进行类型转换，还能够在编译时提供更强的类型检查。this

实例2演示了如何建立与先前建立的容器相同的容器，但此次使用泛型类型参数，而不是 Object 类型。spa

public class GenericContainer<T> {
    private T obj;

    public GenericContainer(){
    }
    
    // Pass type in as parameter to constructor
    public GenericContainer(T t){
        obj = t;
    }

    /**
     * @return the obj
     */
    public T getObj() {
        return obj;
    }

    /**
     * @param obj the obj to set
     */
    public void setObj(T t) {
        obj = t;
    }
}


//要使用泛型容器，必须在实例化时使用尖括号表示法指定容器类型。
//所以，如下代码将实例化一个 Integer 类型的GenericContainer，并将其分配给 myInt 字段。
GenericContainer<Integer> myInt =  new GenericContainer<>();
//或者
GenericContainer<Integer> myInt =  new GenericContainer<Integer>();


//若是咱们尝试在已经实例化的容器中存储其余类型的对象，代码将没法编译
myInt.setObj(3);  // OK
myInt.setObj("Int"); // Won't Compile 复制代码

最显著的差别是类定义包含，类字段 obj 再也不是 Object 类型，而是泛型类型 T。类定义中的尖括号之间是类型参数部分，介绍类中将要使用的类型参数（或多个参数）。T 是与此类中定义的泛型类型关联的参数。code

使用泛型的好处

一个最重要的好处是更强的类型检查，由于避开运行时可能引起的 ClassCastException 能够节省时间。对象

另外一个好处是消除了类型转换，这意味着能够用更少的代码，由于编译器确切知道集合中存储的是何种类型。继承

如何使用泛型

泛型有许多不一样用例。本文在前面的示例中介绍了生成泛型对象类型的用例。这对于在类和接口层面了解泛型语法是个很好的起点。

类签名包含一个类型参数部分，包括在类名后的尖括号 (< >) 内

例如：

public class GenericContainer<T> {
...
复制代码

类型参数（又称类型变量）用做占位符，指示在运行时为类分配类型。根据须要，可能有一个或多个类型参数，而且能够用于整个类。根据惯例，类型参数是单个大写字母，该字母用于指示所定义的参数类型。下面列出每一个用例的标准类型参数：

E：元素

K：键

N：数字

T：类型

V：值

S、U、V 等：多参数状况中的第二、三、4 个类型

在上面的示例中，T 指示将分配的类型，所以可在实例化时为 GenericContainer 分配任何有效类型。注意，T 参数用于整个类，指示实例化时指定的类型。使用下面这行代码实例化对象时，将用 String 类型替换全部 T 参数：

GenericContainer<String> stringContainer = new GenericContainer<String>();
复制代码

泛型也可用于构造函数中，传递类域初始化所需的类型参数。GenericContainer 的构造函数容许在实例化时传递任意类型：

GenericContainer gc1 = new GenericContainer(3);
GenericContainer gc2 = new GenericContainer("Hello");
复制代码

注意，未分配类型的泛型称为原始类型。例如，要建立原始类型的 GenericContainer，可使用如下代码：

GenericContainer rawContainer = new GenericContainer();
复制代码

原始类型有时对于实现向后兼容颇有用，但并不适用于平常代码。原始类型在编译时无需执行类型检查，致使代码在运行时易于出错。

多种泛型类型

有时，可以在类或接口中使用多种泛型类型颇有帮助。经过在尖括号之间放置一个逗号分隔的类型列表，可在类或接口中使用多个类型参数。

下面实例中的类使用一个接受如下两种类型的类演示了此概念：T 和 S。

public class MultiGenericContainer<T, S> {
    private T firstPosition;
    private S secondPosition;
   
    public MultiGenericContainer(T firstPosition, S secondPosition){
        this.firstPosition = firstPosition;
        this.secondPosition = secondPosition;
    }
    
    public T getFirstPosition(){
        return firstPosition;
    }
    
    public void setFirstPosition(T firstPosition){
        this.firstPosition = firstPosition;
    }
    
    public S getSecondPosition(){
        return secondPosition;
    }
    
    public void setSecondPosition(S secondPosition){
        this.secondPosition = secondPosition;
    }
    
}

复制代码

MultiGenericContainer 类可用于存储两个不一样对象，每一个对象的类型可在实例化时指定。

容器的用法以下

MultiGenericContainer<String, String> mondayWeather =
        new MultiGenericContainer<String, String>("Monday", "Sunny");
MultiGenericContainer<Integer, Double> dayOfWeekDegrees = 
        new MultiGenericContainer<Integer, Double>(1, 78.0);

String mondayForecast = mondayWeather.getFirstPosition();
// The Double type is unboxed--to double, in this case. More on this in next section!
double sundayDegrees = dayOfWeekDegrees.getSecondPosition();
复制代码

有界类型

咱们常常会遇到这种状况，须要指定泛型类型，但又但愿能够控制指定的类型，而非不加限制。有界类型 在类型参数部分指定 extends 或 super 关键字，分别用上限或下限限制类型，从而限制泛型类型的边界。

若是但愿将某类型限制为特定类型或特定类型的子类型，请使用如下表示法：

<T extends UpperBoundType>
复制代码

一样，若是但愿将某个类型限制为特定类型或特定类型的超类型，请使用如下表示法：

<T super LowerBoundType>
复制代码

什么是PECS？

PECS指“Producer Extends，Consumer Super”。若是你是想遍历collection，并对每一项元素操做时，此时这个集合是生产者（生产元素），应该使用 Collection<? extends Thing>。若是你是想添加元素到collection中去，那么此时集合是消费者（消费元素）应该使用Collection<? super Thing>。

泛型方法

有时，咱们可能不知道传入方法的参数类型。在方法级别应用泛型能够解决此类问题。方法参数能够包含泛型类型，方法也能够包含泛型返回类型。

假设咱们要开发一个接受 Number 类型的计算器类。泛型可用于确保可将任何 Number 类型做为参数传递给此类的计算方法。

例如，以下示例中的 add() 方法演示了如何使用泛型限制两个参数的类型，确保其包含 Number 的上限：

public static <N extends Number> double add(N a, N b){
    double sum = 0;
    sum = a.doubleValue() + b.doubleValue();
    return sum;
}  
复制代码

经过将类型限制为 Number，您能够将 Number 子类的任何对象做为参数传递。此外，经过将类型限制为 Number，咱们还能够确保传递给该方法的任何参数将包含 doubleValue() 方法。要查看实际效果，若是您想添加一个 Integer 和一个 Float，能够按以下所示调用该方法：

double genericValue1 = Calculator.add(3, 3f);
复制代码

通配符

某些状况下，编写指定未知类型的代码颇有用。问号 ? 通配符可用于使用泛型代码表示未知类型。通配符可用于参数、字段、局部变量和返回类型。但最好不要在返回类型中使用通配符，由于确切知道方法返回的类型更安全。

假设咱们想编写一个方法来验证指定的 List 中是否存在指定的对象。咱们但愿该方法接受两个参数：一个是未知类型的 List，另外一个是任意类型的对象。

public static <T> void checkList(List<?> myList, T obj){
        if(myList.contains(obj)){
            System.out.println("The list contains the element: " + obj);
        } else {
            System.out.println("The list does not contain the element: " + obj);
        }
    }
复制代码

使用示例

// Create List of type Integer
List<Integer> intList = new ArrayList<Integer>();
intList.add(2);
intList.add(4);
intList.add(6);

// Create List of type String
List<String> strList = new ArrayList<String>();
strList.add("two");
strList.add("four");
strList.add("six");

// Create List of type Object
List<Object> objList = new ArrayList<Object>();
objList.add("two");
objList.add("four");
objList.add(strList);

checkList(intList, 3); 
// Output:  The list [2, 4, 6] does not contain the element: 3

checkList(objList, strList); 
/* Output:  The list [two, four, [two, four, six]] contains 
the element: [two, four, six] */

checkList(strList, objList);
/* Output:  The list [two, four, six] does not contain 
the element: [two, four, [two, four, six]] */
复制代码

有时要使用上限或下限限制通配符。与指定带边界的泛型类型极其类似，指定 extends 或 super 关键字加上通配符，后面跟用于上限或下限的类型，便可声明带边界的通配符类型。

例如，若是咱们要更改 checkList 方法使其只接受扩展 Number 类型的 List，可按清单 14 所示编写代码。

public static <T> void checkNumber(List<? extends Number> myList, T obj){
    if(myList.contains(obj)){
        System.out.println("The list " + myList + " contains the element: " + obj);
    } else {
        System.out.println("The list " + myList + " does not contain the element: " + obj);
    }
}
复制代码

总结

泛型其实说白了就是应用在编译时期，是给编译器使用的技术，到了运行时期，泛型就不存在啦。这是由于，编辑器检查了泛型的类型正确以后，再生成的类文件中是没有泛型的。

泛型使用注意事项

对象实例化时不指定泛型的话，默认为：Object。
泛型的指定中不能使用基本数据类型，可使用包装类替换。
静态方法中不能使用类的泛型
能够同时绑定多个绑定,用&链接
泛型类可能多个参数，此时应将多个参数一块儿放在尖括号内。好比<E1,E2,E3>
从泛型类派生子类，泛型类型需具体化：继承泛型类后，子类类型对应类型须要具体化
若是泛型类是一个接口或抽象类，则不可建立泛型类的对象。