《回炉重造》——泛型

技术分享 3年前 (2022-05-24) 0 999+

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泛型

前言

以前学习到「泛型」的时候，只是浅浅的知道可以限制类型，并没有更深入理解，可以说基础的也没理解到位，只是浮于表面，所以，现在回炉重造，重学泛型！打好基础！

什么是泛型？

泛型（Generic），Generic 的意思有「一般化的，通用的」。

是 JDK 5 中引入的新特性，它提供编译时的类型安全检测，允许我们在编译时检测到非法的数据类型，本质是参数化类型。

这里还涉及到一个词「参数化类型」。什么意思呢？

意思就是：把类型参数化（只能感慨中国文化博大精深），即我们可以把类型作为参数，换句话说，就是所操作的数据类型被指定为一个参数。

说到参数，我们也熟悉，你看，方法上的形参、调用方法时的实参，这些都是参数，对吧。

同理，类型，即 Java 中的各种基本的引用类型，当然包含你自己定义的类型，说白了就是各种类（Class），类可以作为参数，就是上面讲的把类型作为参数（好吧，好像讲了一堆废话）。这又涉及到一个词，即「类型参数」。

我们可以看看 ArrayList 的源码，如下：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {     ... }

ArrayList<E> 中的 <E>，这里的 E 可以说是一个「类型形参」。

而我们写 ArrayList<String> list = new ArrayList<>() 的时候，给 ArrayList 这个集合指定了一个具体的类型 String ，形参 E 传入的实参就是 String，也就是说 String 是一个「类型实参」。

简而言之：

ArrayList<E> 中的 E 称为 类型形参；ArrayList<String> 中的 String 称为 类型实参。这两个合起来，就是上面提到的「类型参数」。

为什么会有泛型的出现？

泛型和集合有千丝万缕的关系，我们现在用集合，也是使用「泛型集合」。

List<Integer> list = new ArrayList<>(); // 泛型集合

当然，我们一开始学习的时候，并没有用到泛型，即非泛型集合。

List list = new ArrayList();	// 非泛型集合

在以前没有泛型的情况下，我们看看会出现什么问题。默认 ArrayList 集合中存储的元素类型是 Object ，这样很好，Java 中任何类型的终极父类就是 Object，什么类型的数据都能存储到这个集合中。

比如我可以这样操作（经典案例）：

List list = new ArrayList();	// 非泛型集合 list.add("Hello World!");		// 存储 String 类型 list.add(23);					// 存储 int 类型，这里会自动装箱为 Integer 类型 list.add(true);					// 存储 Boolean 类型  for (Object o : list) {			// 用 Object 接收，合情合理     System.out.println(o); }

我们存储数据之后，后续肯定需要使用它，就需要从集合中取出来，而取出来进一步操作是需要明确具体的数据类型，那么就需要进行强制类型转换。

for (Object o : list) {     String s = (String) o;		// 强制类型转换     // 后续操作... }

此时代码并不会报错，编译也不会有问题，直到我们运行时，就会出现异常——ClassCastException。

这也是必然的，毕竟我们的集合中还有其他类型的数据，其他类型的数据，再怎样强制类型转换也不可能转成 String 类型，也就会出现异常了。

看到这里，估计有小伙伴要问了，我一个一个强制转换不行吗？我知道存储的是什么数据，到时直接获取相对应的数据进行强转就行了啊。是，没错，你可以一个一个强转，数量少的情况下是可以，但是你数量很多的情况下呢？你怎么办？

所以，泛型出现了，它可以限制下我们在编译期的类型，保证类型是安全的，即运行时不会发生异常的。

List<String> list = new ArrayList<>();	// 泛型集合 list.add("Hello World!");				// 存储 String 类型 list.add("23"); list.add("Coding Coding");  for (String s : list) {					// 用 String 接收     System.out.println(s);     // 后续操作... }

看到这里的小伙伴，可能有这么一个疑惑：那这样为什么不直接使用一个 String 数组呢？这个问题问得好。

数组确实能够存储同一个数据类型的数据，但是对于想无限制存储元素时，数组就有它的缺点，数组长度是固定不可变。总而言之，数组使用起来不方便，所以才有集合的出现，而集合又因为有这种问题，进而出现泛型集合。

这里使用了泛型，那么我们在 add() 的时候，编译期间就会对添加的元素进行类型检查，而且在获取集合元素的时候，也不需要强制类型转换了，直接用指定的类型接收就行了。

使用泛型有什么好处？

无需强制类型转换（集合、反射）
增加代码可读性，我们可以通过泛型，知道现在操作的是什么数据类型。一句话，给人看的。
代码复用，可以根据不同情况传入不同的数据类型，进行不同的操作。

泛型类

定义语法：

class 类名<通配符,通配符,通配符...> {     private 通配符 变量名;     ... }

通配符：T、E、K、V，也就是上面说的类型形参。（这里的通配符，也有人称为泛型标识）

使用语法：

类名<具体的数据类型> 对象名 = new 类名<具体的数据类型>(); 类名<具体的数据类型> 对象名 = new 类名<>();		// JDK 7 开始可以省略，人们称为 菱形语法

举个栗子：

/** 	定义泛型类 */ public class Generic<T> {     private T variable;              public void setVariable(T variable) {         return this.variable = variable;     }          public T getVariable() {         return variable;     } }

测试

Generic<String> g = new Generic<>();	// 指定泛型为 String g.setVariable("god23bin");				// 正常 g.setVariable(23);						// 提示错误，因为这里是 int 型 String var = g.getVariable();

需要注意的点：

你使用泛型类时，没有指定数据类型，那么将默认为 Object 类型
泛型的类型参数，只能是引用数据类型，不支持基本数据类型。
泛型在逻辑上，你操作的是不同的数据类型，但是实际上，还是同样的类型（比如上面例子中的 Generic 类，泛型指定不同的数据类型，逻辑上是不同的，但是实际上还是 Generic 类型，这里就涉及到「类型擦除」）
如果有继承：

// 子类如果需要是泛型类，那么其类型参数需要包含父类的类型参数 class ChildGeneric<T> extends Generic<T> {}		// OK class ChildGeneric<T, E> extends Generic<T> {}	// OK  // 子类不是泛型类，那么父类的类型参数需要明确 class ChildGeneric extends Generic<String> {}

泛型接口

定义语法：

interface 接口名 <通配符,通配符,通配符...> {     通配符 方法名();     ... }

使用语法：

// 接口实现类是泛型类，那么实现类的类型参数需要包含接口的类型参数 class Demo<T> implements Generic<T> {}    // OK class Demo<T, E> implements Generic<T> {} // OK  // 接口实现类不是泛型类，那么接口类型参数需要明确 class Demo implements Generic<String> {}

泛型方法

之前是在类和接口上定义了泛型，然而有时候，我们并不需要整个类都定义类型，只需要其中某一个方法定义泛型，只关心这一个方法，这时就可以使用把泛型定义在方法上，这样调用泛型方法的时候，才指定具体的类型参数。

定义语法：

访问修饰符 <通配符,通配符,通配符...> 返回值类型 方法名(形参列表) {     // 方法体 }

举个栗子：

public <T, E> void getGeneric() {     // 方法体 }  public <T, E> void getGeneric(Game<T> game) {     // 方法体 }

这里需要注意的是，泛型方法和泛型类中使用了泛型的普通的方法是不一样的。

// 这是泛型类中使用了泛型的普通的方法 public T getVariable() {     return variable; }  // 这是泛型方法，只有定义了 <T,...> 的方法才是泛型方法 public <T, E> void getGeneric() {     // 方法体 }

而且，如果你在泛型类中定义了泛型方法，那么泛型方法中的 <T,...> 类型形参和泛型类上的类型形参是不一样的，是相互独立的。还有，泛型方法可以定义成静态的，还没完，泛型方法还可以结合可变参数。

举个栗子：

/** 	定义泛型类 */ public class Generic<T> {     private T variable;              public void setVariable(T variable) {         return this.variable = variable;     }          public T getVariable() {         return variable;     }          // 泛型方法，这里的T和类上的T不是同一个T     public <T> T getGeneric(List<T> list) {         return list.get(0);     }          // 静态的泛型方法     public static <T> T getGenericStatic(List<T> list) {         return list.get(0);     }          // 结合可变参数的泛型方法     public static <E> void print(E... e) {         // 这里的参数可以当作数组进行遍历         for (E elem : e) {             System.out.println(elem);         }     } }

通配符之问号

之前出现的 T,E,K,V 这些，也都是通配符，不过，这些通配符是属于类型形参的通配符。那么类型实参的通配符呢？这就来啦！类型实参通配符：?。没错，你没看错，就是一个问号。

类型实参的通配符是使用 ? 来代表具体的类型实参的，代表任意类型。

举个例子：

public class Generic<T> {     ...          public static void showGame(Games<String> games) { // 要求Games指定的类型为String         String one = games.getOne();         System.out.println(one);     }      }

上面要求 Games 指定的类型为 String。那么我们这样操作：

Generic<String> g = new Generic<>();  Games<String> games = new Games(); g.showGame(games);		// OK  Games<Integer> games2 = new Games(); g.showGame(games2);		// Error，因为指定了为String

所以使用 ? 通配符

public class Generic<T> {     ...          public static void showGame(Games<?> games) { // 使用类型实参通配符 ?         String one = games.getOne();         System.out.println(one);     }      }

通配符上下限

类型通配符的上下限，有的地方也称为上下界，还有称限定通配符的，意思都一样。

上限语法：

类/接口<? extends 实参类型>

这里的 extends 可以这样理解，<? extends A> ，使用的时候，我们传入的实参类型需要小于等于A类，即需要是A的子类或A本身，这样就限制了通配符的上限了，你最高只能是A类。

下限语法：

类/接口<? super 实参类型>

这里的 super 可以这样理解，<? super A> ，使用的时候，我们传入的实参类型需要大于等于A类，即需要是A的父类或A本身，这样就限制了通配符的下限了，你最低只能是A类。

举个例子，这里有 A、B、C 三个类，A 是 B 的父类，B 是 C 的父类。

public class Demo {     public static upperLimit(List<? extends B> list) { // 类型实参通配符上限为B类         // ...     }          public static lowerLimit(List<? super B> list) { // 类型实参通配符下限为B类         // ...     } }

调用这个方法

List<A> l1 = new ArrayList<>(); List<B> l2 = new ArrayList<>(); List<C> l3 = new ArrayList<>();  Demo.upperLimit(l1);	// Error，这里传入 l1，而上面搞了通配符上限，超过了B类，比B类还上 Demo.upperLimit(l2);	// OK Demo.upperLimit(l3);	// OK  Demo.lowerLimit(l1);	// OK Demo.lowerLimit(l2);	// OK Demo.lowerLimit(l3);	// Error，同理，比B类还下，自然错误，需要比B类上，超过B类才行

需要注意的是，你搞了通配符的上限，在集合中，那么是只能用来读取数据，而不能用来存储数据，这该怎么理解呢？

public class Demo {     public static upperLimit(List<? extends B> list) { 	// 类型实参通配符上限为B类         list.add(new B()); // Error         list.add(new C()); // Error         // 因为我们使用上限通配符，不知道传入进来的 List 是什么类型的，可能是List<B>，可能是List<C>         // 所以是不能进行存储数据的     }          public static lowerLimit(List<? super B> list) { 	// 类型实参通配符下限为B类         // ...     } }

那么下限呢？放心，下限没有这个问题，可以存储数据。

public class Demo {     public static upperLimit(List<? extends B> list) { 	// 类型实参通配符上限为B类         // ...     }          public static lowerLimit(List<? super B> list) { 	// 类型实参通配符下限为B类         list.add(new B());         list.add(new C());         // 因为下限通配符，只限定了下限，但是上限是没有限制的，也就是说可以看成上限就是 Object         // 上限是 Object，那么任何类都默认继承 Object，那么自然可以添加 C 类型的数据         // 也就是存储数据的类型是没有限制的。         for (Object o : list) {             System.out.println(o);         }     } }