令人费解的java泛型

时间：2021-04-13 23:48:54

     对于我们java中的泛型，可能很多人知道怎么使用并且使用的还不错，但是我认为想要恰到好处的使用泛型，还是需要深入的了解一下它的各种概念和内部原理。本文将尽可能的囊括java泛型中的重要的概念。主要内容如下：

  • 泛型的定义及为什么要使用泛型
  • 定义一个简单的泛型类
  • 定义一个简单的泛型方法
  • 类型参数的限定
  • 泛型内部实现的基本原理
  • 泛型通配符（难点）
  • 泛型的其他实现细节

    一、何谓泛型
         泛型程序设计意味着编写的代码可以被不同中类型的对象重用。例如：MyList<T>,MyList<Integer>是一种类型，MyList<String>也是一种类型，但是使用的代码块都是MyList<T>，这也就是java中引入泛型的一种原因：可以增强代码的复用性，当然这种限定死类型的方式也会使得代码的安全性和可读性更高。

    二、一个简单的泛型类
         先看一个完整的泛型类：

/*一个简单的泛型类的声明如下*/
public class Pair<T> {
    private T a;
    private T b;
    public Pair(T a, T b){
        this.a = a;
        this.b = b;
    }
}

     由此可以看出来，泛型类型和普通类型的区别主要在于：类名之后多了个<T>，并且实例域类型可以不是具体的类型而是不确定的T类型。其中，我们管T叫做类型变量，类型变量一般使用大写字母表示并且很短（在java中使用E表示集合的元素类型，K和V分别表示关键字和值的类型）。
     使用具体的类型来替换类型变量的过程我们叫做实例化泛型类型。例如：Pair<Integer>,<Double>等。这其中需要注意的是：java中的9中基本类型是不能作为类型变量的，也就是：Pair<int>,是会不允许的。当然，声明一个泛型类时，不局限于一个类型变量，可以由多个类型变量，例如：

/*声明两个类型变量也是可以的*/
public class Pair<T,U> {
    private T a;
    private U b;
    public Pair(T a, U b){
        this.a = a;
        this.b = b;
    }
}
//Pair<String,Integer> p new Pair<>("abc",12);
//创建泛型类实例变量的时候，可以省略类型变量，编译器可以推测出来

三、一个简单的泛型方法
     怎么定义泛型类，我们已经介绍过了，接下来我们一起看看泛型方法是如何定义和调用的。

/*泛型类中定义了一个泛型方法*/
public class Pair<T> {
    //声明一个泛型方法
    public <T> T getA(T c){
        return c;
    }
}
/*main函数中调用泛型方法*/
public class Test2 {
    public static void main(String[] args){
        Pair<Integer> p = new Pair<Integer>(1,2);
        //调用泛型方法
        System.out.println(p.<Integer>show(10));
    }
}

     我们可以看到，声明一个泛型方法：public <T > T getA(T c)，<T >放在返回值前面，修饰符后面，T表示返回类型。泛型方法的调用：p.<Integer>show(10),在方法名前面放置类型变量，当然也可以选择省略，当编译器没有足够的信息推测出来时就会报错，那时你再添加也不迟（但是，如果你能减轻计算机的工作的话，想必是可以提高效率的）
     小结一下，泛型类和泛型方法。泛型类中可以声明泛型方法也可以声明普通方法，泛型方法可以出现在泛型类中也可以出现在普通类中，也就是它们之间并没有什么约束关系。

四、类型变量的限定
     前面我们已经知道了什么是类型变量，我们看一段代码：

public class Pair<T> {
    public static <T> int myCompare(T a,T b){
        return a.compareTo(b);//此处编译不通过
    }
}

     我们知道，如果想要使用compareTo方法，就要实现Comparable接口，或者继承实现了此接口的类。此处想要使得程序正确，有两种办法。第一种：使类继承Comparable接口并且实现compareTo方法。第二种：就是使用类型变量限定。如下：

/*限定变量类型*/
public class Pair<T> {
    public static <T extends Comparable> int myCompare(T a,T b){
        return a.compareTo(b);
    }
}

     细心的同学可能已经发现，相比于原来的方法，就是使类型变量继承与Comparable接口。原来的<T >变成了<T extends Comparable>，表示：原来的T可以是任意类型的，而现在的T被限制必须实现了Comparable 接口，就是说，凡是使用此泛型的类都是直接或者间接继承了Comparable 接口并实现其中方法的。所以，一旦我们将T限定了，就不用考虑实现Comparable 接口的事情了，程序的封装性更强了。
     对类型变量的限定可以由多个限定，它们之间使用&分隔，而使用逗号分隔类型变量。看个例子：

<T extends Comparable>    //一个类型变量的一个类型限定

<T extends Comparable & Serializable> //一个类型变量的两个类型限定

<T extends Comparable，U extends Serializable>//两个类型变量的类型限定

五、泛型实现的基本原理
     讨论了这么多的泛型方法，泛型类以及各种使用技巧，接下来，我们一起看看虚拟机实际执行时是怎么对待我们的泛型的。我们都知道java中有编译器和虚拟机，但实际上我们的泛型在这两者看来是不一样的，也就是说，虚拟机是不认识泛型的，而只有我们强大的编译器是认识泛型的。那他们是怎么实现统一的呢？接下来我们详细来看。
     在java中，无论何时定义了一个泛型，它都会自动生成一个相应的原始类型。我们叫这个过程为：类型擦除。例如下面的代码：

/*这是一段泛型类的代码*/
public class Pair<T> {
    private T a;
    private T b;

    public T getA(){
        return this.a;
    }

    public T getB(){
        return this.b;
    }
}
经过类型擦除之后生成原始类型：
public class Pair{
    private Object a;
    private Object b;

    public Object getA(){
        return this.a;
    }

    public Object getB(){
        return this.b;
    }
}

     经过对比，我们可以得出结论：去除了泛型的标志性符号<>并且所有的T类型都被替换成Object类型了。难道我们的类型擦除就是将所有的未知类型转换为Object类型吗？当然不是，类型擦除是有规则的而不是一味的将未知类型T转换成Object类型的。
     对于有限定的类型变量就将用类型变量的第一个限定类型替换。如：Pair<T extends Comparable & Serializable>，就会选择用Comparable替换所有的T并去除修饰在类后面的泛型符号，生成原始类型。
     对于没有限定类型的类型变量就默认使用Object替换类型变量。例如：Pair<T>就会使用Object替换所有的T类型变量。
     最后小结一下，类型擦除针对是否有类型限定类型，根据不同的状况进行替换生成相应的原始类型供jvm调用。

未完，待续。。。。

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