Java进阶篇--泛型

前言

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。它允许在定义类、接口和方法时使用类型参数。这种技术使得在编译期间可以使用任何类型，而不是仅限于特定的类型。这大大提高了代码的灵活性和可重用性。

泛型的基本语法是在类、接口或方法名的后面加上尖括号（< >），并在其中定义类型参数。例如：

public class Box<T> {  private T t;  public void set(T t) {  this.t = t;  }  public T get() {  return t;  }  
}

在上述代码中，T 是一个类型参数，可以代表任何类型。你可以在类的定义中使用 T 来表示泛型，然后在方法中使用 T 来表示任何类型的对象。

Java 泛型的特性：

类型参数

在定义泛型类或方法时，使用类型参数代替具体的类型。类型参数在使用前需要命名，通常使用大写字母来表示。例如，在上述的 Box 类中，我们使用 T 作为类型参数。

java 中泛型标记符：

  • E - Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)
  • T - Type（Java 类）
  • K - Key（键）
  • V - Value（值）
  • N - Number（数值类型）
  • ？ - 表示不确定的 java 类型

类型限定

Java 泛型的类型参数有限制，不能是 void、boolean、char、byte、short、int、float、double等原始类型。此外，Java 泛型的类型参数只能是类类型（包括 Class、接口类型或枚举类型），不能是数组类型或函数类型。

通配符类型参数

除了具体类型作为类型参数外，Java 泛型还支持通配符类型参数。通配符类型参数表示可以接受任何类型的参数，例如 List<?> 表示可以接受任何类型的 List。通配符类型参数还有两种限定符：

  • ? extends T：表示该泛型只能接受 T 或 T 的子类。例如，List<? extends Number> 可以接受 List<Number>、List<Integer> 等，但不能接受 List<String>。
     
  • ? super T：表示该泛型可以接受任何父类或等于 T 的类型。例如，List<? super Number> 可以接受 List<Number>、List<Object> 等，但不能接受 List<String>。

泛型方法

除了泛型类外，还可以定义泛型方法。泛型方法允许在方法的返回值和参数类型中使用类型参数。例如：

public <T> T getFirst(List<T> list) {  return list.get(0);  
}

在上述代码中，我们定义了一个泛型方法 getFirst，它接受一个 List<T> 类型的参数，并返回一个 T 类型的对象。

泛型继承

当一个类继承一个泛型类时，子类可以选择是否继续使用父类的类型参数。例如：

public class MyBox extends Box<Integer> {  // ...  
}

在上述代码中，我们定义了一个子类 MyBox，它继承了 Box<Integer> 类。这样，在 MyBox 类中，我们可以直接使用 Integer 作为类型参数，而不必重新定义一个新的类型参数。

类型擦除

Java 泛型的类型信息在编译后的代码中会被擦除，只剩下原始类型的信息。这是为了保持 Java 代码的兼容性和跨平台性。因此，在使用泛型时，不能在运行时通过反射来获取泛型的具体类型信息。

以下是一个简单代码示例，演示了类型擦除的概念： 

public class MyClass<T> {// 定义一个泛型类MyClass，其中T是一个类型参数private T value; // 定义一个私有成员变量value，它的类型是泛型参数Tpublic MyClass(T value) { // 定义一个构造函数，接受一个类型为T的参数this.value = value; // 将参数值赋值给成员变量value}public T getValue() { // 定义一个公共方法getValue，返回类型为T的值return value; // 返回成员变量value的值}public static void main(String[] args) {// 创建两个不同类型的实例MyClass<Integer> intExample = new MyClass<>(123); // 创建一个Integer类型的MyClass实例，并将其引用赋给intExample变量MyClass<String> stringExample = new MyClass<>("Hello"); // 创建一个String类型的MyClass实例，并将其引用赋给stringExample变量// 调用getValue方法并打印结果System.out.println(intExample.getValue()); // 调用intExample的getValue方法并打印返回值，输出123System.out.println(stringExample.getValue()); // 调用stringExample的getValue方法并打印返回值，输出Hello}
}

有界类型参数

Java 泛型还支持有界类型参数。有界类型参数允许在定义泛型类或方法时，对类型参数进行限制。例如：

public class MyList<T extends Number> {  private List<T> list;  // ...  
}

在上述代码中，我们定义了一个泛型类 MyList，其中的类型参数 T 必须是 Number 或其子类。这样，在使用 MyList 时，只能使用符合这个条件的类型作为类型参数。

使用泛型的注意事项：

  1. 泛型不能使用基本类型，如int、float等，必须使用其包装类，如Integer、Float等。
  2. 运行时类型检查。Java的泛型是通过类型擦除实现的，在运行时类型检查被擦除，因此运行时可能抛出异常。
  3. 对于有界类型参数，子类不能继承父类并改变类型参数的限定范围。例如，如果父类中的类型参数限定为某个类，子类中的类型参数必须是这个类的子类或者相同。
  4. 不能使用泛型数组，如ArrayList<T>[]。
  5. 不能使用泛型构造对象，如T t = new T();。
  6. 在静态方法中使用泛型，泛型变量不可以使用static关键字来修饰。
  7. 不可以使用泛型类继承Exception类，即泛型类不可以作为异常被抛出。
  8. 对于equals方法，如果使用泛型类，可能会出现类型转换异常，因此需要重写equals方法。
  9. 如果某个泛型类还有同名的非泛型类，不要混合使用，坚持使用泛型类。
  10. 泛型的推断。如果泛型的限定类型已经确定，可以使用泛型的推断，即直接使用变量类型作为限定类型，不需要再写出限定类型。

实例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 定义一个泛型类 User，使用通配符类型参数
class User<T> {// 定义一个存储对象引用的列表，其中T代表任意类型List<T> friends;// 构造函数，初始化朋友列表public User() {this.friends = new ArrayList<>();}// 泛型方法，接受一个类型为T的参数并返回一个类型为T的对象public T getLastFriend() {// 返回列表中的最后一个朋友，如果列表为空则返回nullif (friends.isEmpty()) {return null;} else {return friends.get(friends.size() - 1);}}// 重写toString方法，用于打印用户和朋友列表@Overridepublic String toString() {return "User{" +"friends=" + friends +'}';}
}// 定义一个子类 StringUser，继承自泛型类 User，并指定类型参数为 String
class StringUser extends User<String> {// 重写父类的toString方法，只打印字符串类型的朋友列表@Overridepublic String toString() {return "StringUser{" +"friends=" + friends +'}';}
}// 主类，测试以上定义的泛型类和子类
public class MyClass {public static void main(String[] args) {// 创建一个 User<String> 对象，存储字符串类型的朋友User<String> user = new User<>();((User<String>) user).friends.add("Alice");((User<String>) user).friends.add("Bob");System.out.println(user); // 输出：User{friends=[Alice, Bob]}System.out.println(user.getLastFriend()); // 输出：Bob// 创建一个 StringUser 对象，同样存储字符串类型的朋友StringUser stringUser = new StringUser();stringUser.friends.add("Charlie");stringUser.friends.add("Dave");System.out.println(stringUser); // 输出：StringUser{friends=[Charlie, Dave]}System.out.println(stringUser.getLastFriend()); // 输出：Dave}
}

代码解释：

  1. User<T> 是一个泛型类，其中 T 是类型参数。这意味着可以创建 User<String>, User<Integer>, User<Object> 等不同类型的用户对象。这个类有一个通配符类型参数 T，这意味着可以使用任意类型来创建用户对象。
  2. getLastFriend() 方法是一个泛型方法，它接受一个类型为 T 的参数并返回一个类型为 T 的对象。这个方法从朋友列表中返回最后一个朋友。如果列表为空，则返回 null。注意，由于类型擦除，Java在运行时并不保留泛型的具体类型信息。因此，不能在运行时知道 T 的具体类型。然而，这并不影响使用泛型。
  3. StringUser 是 User<String> 的子类。可以使用有界类型参数来继承泛型类并指定具体的类型。在这种情况下，StringUser 只可以存储字符串类型的朋友。由于子类中没有重写 getLastFriend() 方法，它将使用父类的实现。但是，我们在 StringUser 中重写了 toString() 方法，以只打印字符串类型的朋友列表。
  4. 在 MyClass 类中，我们创建了一个 User<String> 对象和一个 StringUser 对象。我们可以看到，尽管运行时不知道泛型的具体类型（由于类型擦除），但是我们仍然可以创建不同类型的用户对象。此外，由于有界类型参数，StringUser 只可以存储字符串类型的朋友。

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