java 泛型编程（一）

时间：2021-10-05 04:18:44

转载自：http://peiquan.blog.51cto.com/7518552/1302898


Technorati 标记: java,泛型,generic

    java泛型应用是java核心基础之一，从java 5开始引进泛型。如果你曾经使用过java Collection，那你已经算是接触过泛型了。在java Collection里使用泛型是一件很简单的事情，可泛型还具有很多你意想不到的作用。在深入了解泛型之前，首先来了解一下泛型的一些基本概念与原理。

一、java 泛型引入

    java泛型的应用可以提高的代码的复用性，同时泛型提供了类型检查，减少了数据的类型转换，同时保证了类型安全。下面看一下，泛型如何保证了类型安全：

List list = new ArrayList();
list.add("abc");
list.add(new Integer(1));//可以通过编译
for (Object object : list) {
System.out.println((String)object);//抛出ClassCastException异常
}


     上面的代码会在运行时抛出ClassCastException，因为它尝试将一个Integer转换为String。接着，来看一下从java5开始，Collection的用法：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("abc");
//list.add(new Integer(1));//编译错误
for (String string : list) {
System.out.println(string);//无需任何强制类型转换
}


    注意到，List的创建增加了类型参数String，因此只能向list添加String类型对象，添加其他对象会抛出编译异常；同样可以注意到，foreach循环不需要再添加任何强制类型转换，也就移除了运行时的ClassCastException异常。

二、泛型的类与接口

    既然是学泛型，自然就要知道如何去使用泛型定义自己的类和接口。同时为了加深理解泛型的作用，先引进一个原始的类：

public class Gen {
private Object obj;

public Object getObj() {
return obj;
}

public void setObj(Object obj) {
this.obj = obj;
}

public static void main(String[] args) {
Gen gen = new Gen();
gen.setObj("abc");
String str = (String) gen.getObj();//类型转换，可能会引起运行时ClassCastException
}
}


    原始类的定义，容易引发ClassCastException，和第一大点谈到的类似。现在来看一下泛型类来重新定义Gen — 使用<>指定泛型参数，如下：

public class Gen<T> {
T obj;

public T getObj() {
return obj;
}

public void setObj(T obj) {
this.obj = obj;
}
public static void main(String[] args) {
Gen<String> gen = new Gen<>();
gen.setObj("abc");
//gen.setObj(10);//无法通过编译
String str = gen.getObj();//无需类型转换
//-----------------------------
Gen gen2 = new Gen();//raw type原始类型
gen2.setObj("abc");
gen2.setObj(10);//可以通过编译，自动装箱将10转化为Integer对象
Integer num = (Integer) gen2.getObj();//使用了强制类型转换
}
}

    细心的你会发现在main（）方法里是使用泛型类型Gen<String>,便不再需要强制类型转换，也就移除了运行时的ClassCastException。同时为了区别，在此也定义了一个没有使用泛型类型的gen2，这时，编译器会弹出一个警告“Gen is a raw type,References to generic type Gen<T> should be parameterized”。当我们不提供泛型类型时，会默认使用Object会代替，也是因此这样，gen2可以设置String和Integer类型，不过，我们应尽量去避免这种这种情况的出现，如此，便又需要用到强制类型转换，也伴随着运行时的ClassCastException异常。

    tips：可以使用@SuppressWarnings("rawtypes")来抑制编译器弹出警告。

    接口的泛型应用和类的泛型应用很类似，如下：

public interface List <E> {
void add(E x);
 Iterator<E> iterator();
}

public interface Iterator<E> {
 E next();
boolean hasNext();
}

    类似的，可以将此应用到自定义的接口与类当中。另外再提一下的是，可以使用多个泛型参数来定义接口与类，比如Map<K,V>；同时，泛型类型也可以作为一个参数来用，如下：new HashMap<String, List<String>>()。

三、泛型的命名规范

    为了更好地去理解泛型，我们也需要去理解java泛型的命名规范。为了与java关键字区别开来，java泛型参数只是使用一个大写字母来定义。各种常用泛型参数的意义如下：

  • E — Element，常用在java Collection里，如：List<E>,Iterator<E>,Set<E>
  • K,V — Key，Value，代表Map的键值对
  • N — Number，数字
  • T — Type，类型，如String，Integer等等
  • S,U,V etc. - 2nd, 3rd, 4th 类型，和T的用法一样

四、泛型的方法与构造函数

    有时候我们并不希望整个类都被泛型化，这时可以只在某个方法上应用泛型。因为构造函数是一种特殊的方法，因此也可以在构造函数上应用泛型。Demo GenMethod演示了如何在方法上应用泛型和调用泛型方法，

public class GenMethod {

public static <T> void fromArrayToCollection(T[] a,Collection<T> c){
for (T t : a) {
  c.add(t);
}
}

public static void main(String[] args) {
Object[] oa = new Object[100];
Collection<Object> co = new ArrayList<>();

GenMethod.<Object>fromArrayToCollection(oa, co);
}
}


    GenMethod 的代码不多，不过需要注意的地方却不少。第一、定义方法所用的泛型参数需要在修饰符之后添加，如上面的，public static <T>,如果有多个泛型参数，可如此定义<K,V>或者<T1,T2>。第二，不建议在泛型变量里添加其他类型，如下面的代码，将会引起编译错误（或隐含错误），如下：

public static <T> void fromArrayToCollection(T[] a,Collection<T> c){
for (T t : a) {
c.add(t);
c.add(new Object());
}
}


    第三、看一下泛型方法的调用GenMethod.<Object>fromArrayToCollection(oa, co); 在方法前声明了泛型类型Object。不过因为编译器可以推断这个泛型类型，因此也可以这样写：

    GenMethod.fromArrayToCollection(oa, co)。

    为了加深对编译器推断泛型类型的了解，再看一下如下几个推断：

String[] sa = new String[100];
Collection<String> cs = new ArrayList<String>();

// T 推断为String
fromArrayToCollection(sa, cs);

// T 推断为Object
fromArrayToCollection(sa, co);

Integer[] ia = new Integer[100];
Float[] fa = new Float[100];
Number[] na = new Number[100];
Collection<Number> cn = new ArrayList<Number>();

//T 推断为Number
fromArrayToCollection(ia, cn);

//T 推断为Number
fromArrayToCollection(fa, cn);

//T 推断为Number
fromArrayToCollection(na, cn);

//T 推断为Object
fromArrayToCollection(na, co);

//编译错误，Number与String不能兼容
fromArrayToCollection(na, cs);

 

四、泛型参数的界限

    有时候，你会希望泛型类型只能是某一部分类型，比如操作数据的时候，你会希望是Number或其子类类型。这个想法其实就是给泛型参数添加一个界限。其定义形式为：

    <T extends BoundingType>

    此定义表示T应该是BoundingType的子类型（subtype）。T和BoundingType可以是类，也可以是接口。另外注意的是，此处的”extends“表示的子类型，不等同于继承。

    Demo：

public class Box<T> {

private T t;

public void set(T t) {
this.t = t;
}

public T get() {
return t;
}

public <U extends Number> void inspect(U u) {
System.out.println("T: " + t.getClass().getName());
System.out.println("U: " + u.getClass().getName());
}

public static void main(String[] args) {
Box<String> integerBox = new Box<>();
integerBox.set("abc");//能通过编译，因为T指定为String类型
//integerBox.inspect("abc");//不能通过编译，因为U必须是Number类型或其子类
integerBox.inspect(new Integer(10));
}
}


    通过Box<T>，了解了如何为泛型参数添加一个界限。可问题也来了，既然限定了泛型参数的界限，那时候可以调用BoundingType（上指Number）的相对应的方法呢？？答案是肯定的，如下：

public class NumberTest<T extends Integer> {
private T num;

public NumberTest(T num) { this.num = num;}

public boolean isOdd(){
return num.intValue()%2 == 1;
}

//....
}

    接着引入下一个问题，如何为泛型参数添加多个限制范围，多重限制范围格式如下：

    <T extends A & B & C>

    一个泛型参数可以有多重限制范围，使用“&”分隔。且限制范围中之多有一个类。如果用一个类作为限定，它必须是限定列表中的第一个。举例如下：

Class A { /* ... */ }
interface B { /* ... */ }
interface C { /* ... */ }

class D <T extends A & B & C> { /* ... */ }


    如果BoundingType不是放在第一位，会产生编译异常：

class D <T extends B & A & C> { /* ... */ }  // 无法通过编译
   

五、泛型方法与泛参界限的综合

    如果说泛型方法是一个有用的工具，那泛参的界限就应该这个工具的灵魂，为这个工具添加了一些“行为准则”。如下：设计一个方法，统计在一个数组里比指定元素大的个数，

public static <T> int countGreater(T[] array,T elem) {
int count = 0;
for (T t : array) {
if (t > elem) {//编译错误
++count;
}
}
return  count;
}


    发现上面这个方法无法通过编译，为什么呢？？因为操作符“>”只可以用在基本数据类型（byte，char,short，int，float，long，double，boolean），却不可以用来比较类对象之间的大小（除非实现了Comparable接口）。想要解决这个矛盾，就需要为<T>添加一个界限Comparable<T>:

public interface Comparable<T> {
public int compareTo(T o);
}

    更改后的代码如下：

public static <T extends Comparable<T>> int countGreater(T[] array,T elem) {
int count = 0;
for (T t : array) {
if (t.compareTo(elem) > 0) {//无编译错误
++count;
}
}
return  count;
}

     除了上述方式，也可以选择添加界限Comparator<T,T>,只不过此界限需要两个参数而已，Comparator的定义与使用以前已经谈过，这里不再累述，详情可以点击 这里。

六、泛型、继承与子类型

    如果两个类之间相互兼容（继承与被继承），那么便可以将一个类对象赋值给另一个类对象，比如：你可以将一个String对象赋值给Object，String是Object的子类，

String someString = new String();
Object someObject = new Object();
someObject = someString;

    如果你熟悉面向对象技术，会知道这是一种“is-a”关系。String是Object的一种对象，所以上面的赋值是可以的。同理，Integer、Double是Number的一类对象，下面的赋值也可以：

public void someMethod(Number n) { /* ... */ }

someMethod(new Integer(10));   // OK
someMethod(new Double(10.1);   // OK

    这种“is-a”关系，同样也是用泛型。如果你将泛参设置Number，那么在随后的调用里，只需要传入一个数据对象就行了，如下：

Box<Number> box = new Box<>();
box.add(new Integer(1));   
box.add(new Double(1.0));


     现在，考虑一下下面这种方法：

public void someMethod(Box<Number> n) { /*.....*/}
       这个方法可以接受什么类型的参数呢？？显然，这个方法接受Box<Number>类型的参数？？那又是否可以接受Box<Integer>或者Box<Double>类型的参数的？？答案是否定的，因为Box<Integer>与Box<Double>都不是Box<Number>的子类。在泛型编程里，这是一个容易混淆的概念，但又必须要懂的原理。如下图： java 泛型编程（一）     从图可以看到，即使Integer是Number的子类，但Box<Integer>并不是Box<Number>的子类。Box<Integer>与Box<Number>的共同父类是Object。换言之，无论类A与类B是否存在关联，MyClass<A>与MyClass<B>都没有任何关联，其共同的父类的是Object。那是否说，泛型就不存在子类呢？？这个留待解决，看完本文便可以知晓。

七、泛型类与子类型

    在谈这一小节时，先回顾一下泛型方法的“extends”含义，泛型的“extends”与继承的“extends”并不一样，泛型的“extends”其后可以是一个类（如T extends Number），同样也可以是一个接口（如T extends List<T>）。泛型的”extends“代表子类型，而不是子类，或许你可以把等其同于”extends（继承）“和”implement的并集。

    在泛型里，也存在子类型，前提是其泛型参数的限制并没有改变，可以认为泛参没有改变，其实就是从原来的类或接口来判断泛型的子类型。为了形象理解，我们已collection类来作个例子，如：ArrayList<E> implementList<E>，而List<E> extends  Collection<E>，那么ArrayList<String>就是List<String>的子类型，而List<String>则是Collection<String>,其关系图如下：

java 泛型编程（一）

    深入一点来谈，现在假设需要定义自己的List接口 — PayLoadList，其定义如下：

interface PayloadList<E,P> extends List<E> {
void setPayload(int index, P val);
//...
}

    如上,则下面的样例都是List<String>子类型，：

PayloadList<String,String>
PayloadList<String,Integer>
PayloadList<String,Exception>
  如图：
java 泛型编程（一）
标签：

相关文章