Java 泛型学习笔记

时间:2023-02-25 19:23:12

参考来自:   http://www.weixueyuan.net/view/6321.html        ;              http://www.yiibai.com/java/java-generics-tutorial.html


我们知道,使用变量之前要定义,定义一个变量时必须要指明它的数据类型,什么样的数据类型赋给什么样的值。

假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:

  • x = 10、y = 10
  • x = 12.88、y = 129.65
  • x = "东京180度"、y = "北纬210度"

针对不同的数据类型,除了借助方法重载,还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道,基本数据类型可以自动装箱,被转换成对应的包装类;Object 是所有类的祖先类,任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型,例如:
  • int --> Integer --> Object
  • double -->Double --> Object
  • String --> Object

这样,只需要定义一个方法,就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码:
   
   
  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         Point p = new Point();
  4.         p.setX(10);  // int -> Integer -> Object
  5.         p.setY(20);
  6.         int x = (Integer)p.getX();  // 必须向下转型
  7.         int y = (Integer)p.getY();
  8.         System.out.println("This point is:" + x + ", " + y);
  9.        
  10.         p.setX(25.4);  // double -> Integer -> Object
  11.         p.setY("东京180度");
  12.         double m = (Double)p.getX();  // 必须向下转型
  13.         double n = (Double)p.getY(); // 运行期间抛出异常
  14.         System.out.println("This point is:" + m + ", " + n);
  15.     }
  16. }
  17. class Point{
  18.     Object x = 0;
  19.     Object y = 0;
  20.     public Object getX() {
  21.         return x;
  22.     }
  23.     public void setX(Object x) {
  24.         this.x = x;
  25.     }
  26.     public Object getY() {
  27.         return y;
  28.     }
  29.     public void setY(Object y) {
  30.         this.y = y;
  31.     }
  32. }
上面的代码中,生成坐标时不会有任何问题,但是取出坐标时,要向下转型,在  Java多态对象的类型转换  一文中我们讲到,向下转型存在着风险,而且编译期间不容易发现,只有在运行期间才会抛出异常,所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码,第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。

那么,有没有更好的办法,既可以不使用重载(有重复代码),又能把风险降到最低呢?

有,可以使用 泛型类(Java Class) ,它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”,就是“宽泛的数据类型”,任意的数据类型。

更改上面的代码,使用泛型类:
   
   
  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         // 实例化泛型类
  4.         Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  5.         p1.setX(10);
  6.         p1.setY(20);
  7.         int x = p1.getX();
  8.         int y = p1.getY();
  9.         System.out.println("This point is:" + x + ", " + y);
  10.        
  11.         Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
  12.         p2.setX(25.4);
  13.         p2.setY("东京180度");
  14.         double m = p2.getX();
  15.         String n = p2.getY();
  16.         System.out.println("This point is:" + m + ", " + n);
  17.     }
  18. }
  19. // 定义泛型类
  20. class Point<T1, T2>{
  21.     T1 x;
  22.     T2 y;
  23.     public T1 getX() {
  24.         return x;
  25.     }
  26.     public void setX(T1 x) {
  27.         this.x = x;
  28.     }
  29.     public T2 getY() {
  30.         return y;
  31.     }
  32.     public void setY(T2 y) {
  33.         this.y = y;
  34.     }
  35. }
运行结果:
This point is:10, 20
This point is:25.4, 东京180度

与普通类的定义相比,上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>,T1, T2 是自定义的标识符,也是参数,用来传递数据的类型,而不是数据的值,我们称之为 类型参数 。在泛型中,不但数据的值可以通过参数传递,数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符,运行时会被替换为真正的数据类型。

传值参数(我们通常所说的参数)由小括号包围,如 (int x, double y),类型参数(泛型参数)由尖括号包围,多个参数由逗号分隔,如 <T> 或 <T, E>。

类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数,就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符,习惯上使用单个大写字母,通常情况下,K 表示键,V 表示值,E 表示异常或错误,T 表示一般意义上的数据类型。

泛型类在实例化时必须指出具体的类型,也就是向类型参数传值,格式为:
    className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型,但是会产生警告,即:
    className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因为在使用泛型类时指明了数据类型,赋给其他类型的值会抛出异常,既不需要向下转型,也没有潜在的风险,比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。

注意:
  • 泛型是 Java 1.5 的新增特性,它以C++模板为参照,本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
  • 类型参数只能用来表示引用类型,不能用来表示基本类型,如  int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错,因为它们会自动装箱成对应的包装类。

泛型方法

除了定义泛型类,还可以定义泛型方法,例如,定义一个打印坐标的泛型方法:
   
   
  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. // 实例化泛型类
  4. Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  5. p1.setX(10);
  6. p1.setY(20);
  7. p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());
  8. Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
  9. p2.setX(25.4);
  10. p2.setY("东京180度");
  11. p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());
  12. }
  13. }
  14. // 定义泛型类
  15. class Point<T1, T2>{
  16. T1 x;
  17. T2 y;
  18. public T1 getX() {
  19. return x;
  20. }
  21. public void setX(T1 x) {
  22. this.x = x;
  23. }
  24. public T2 getY() {
  25. return y;
  26. }
  27. public void setY(T2 y) {
  28. this.y = y;
  29. }
  30. // 定义泛型方法
  31. public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){
  32. T1 m = x;
  33. T2 n = y;
  34. System.out.println("This point is:" + m + ", " + n);
  35. }
  36. }
运行结果:
This point is:10, 20
This point is:25.4, 东京180度

上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint(),既有普通参数,也有类型参数,类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数,就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。

与使用泛型类不同,使用泛型方法时不必指明参数类型,编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同,调用就像普通方法一样。 

注意:泛型方法与泛型类没有必然的联系,泛型方法有自己的类型参数,在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系,也可以使用其他的标识符代替:
   
   
  1. public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){
  2. V1 m = x;
  3. V2 n = y;
  4. System.out.println("This point is:" + m + ", " + n);
  5. }

泛型接口

在Java中也可以定义泛型接口,这里不再赘述,仅仅给出示例代码:
   
   
  1. public class Demo {
  2. public static void main(String arsg[]) {
  3. Info<String> obj = new InfoImp<String>("www.weixueyuan.net");
  4. System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length());
  5. }
  6. }
  7. //定义泛型接口
  8. interface Info<T> {
  9. public T getVar();
  10. }
  11. //实现接口
  12. class InfoImp<T> implements Info<T> {
  13. private T var;
  14. // 定义泛型构造方法
  15. public InfoImp(T var) {
  16. this.setVar(var);
  17. }
  18. public void setVar(T var) {
  19. this.var = var;
  20. }
  21. public T getVar() {
  22. return this.var;
  23. }
  24. }
运行结果:
Length Of String: 18

类型擦除

如果在使用泛型时没有指明数据类型,那么就会擦除泛型类型,请看下面的代码:
   
   
  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. Point p = new Point(); // 类型擦除
  4. p.setX(10);
  5. p.setY(20.8);
  6. int x = (Integer)p.getX(); // 向下转型
  7. double y = (Double)p.getY();
  8. System.out.println("This point is:" + x + ", " + y);
  9. }
  10. }
  11. class Point<T1, T2>{
  12. T1 x;
  13. T2 y;
  14. public T1 getX() {
  15. return x;
  16. }
  17. public void setX(T1 x) {
  18. this.x = x;
  19. }
  20. public T2 getY() {
  21. return y;
  22. }
  23. public void setY(T2 y) {
  24. this.y = y;
  25. }
  26. }
运行结果:
This point is:10, 20.8

因为在使用泛型时没有指明数据类型,为了不出现错误,编译器会将所有数据向上转型为 Object,所以在取出坐标使用时要向下转型,这与本文一开始不使用泛型没什么两样。

限制泛型的可用类型

在上面的代码中,类型参数可以接受任意的数据类型,只要它是被定义过的。但是,很多时候我们只需要一部分数据类型就够了,用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如,编写一个泛型函数用于返回不同类型数组(Integer 数组、Double 数组、Character 数组等)中的最大值:
   
   
  1. public <T> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }
上面的代码会报错,doubleValue() 是 Number 类的方法,不是所有的类都有该方法,所以我们要限制类型参数 T,让它只能接受 Number 及其子类(Integer、Double、Character 等)。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型,改进上面的代码:
   
   
  1. public <T extends Number> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }
<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子类,传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends,后面可以是类也可以是接口。但这里的 extends 已经不是继承的含义了,应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型,或者 T 是实现了 XX 接口的类型。


类型参数的范围

在泛型中,如果不对类型参数加以限制,它就可以接受任意的数据类型,只要它是被定义过的。但是,很多时候我们只需要一部分数据类型就够了,用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如,编写一个泛型函数用于返回不同类型数组(Integer 数组、Double 数组等)中的最大值:
   
   
  1. public <T> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }
上面的代码会报错,doubleValue() 是 Number 类及其子类的方法,不是所有的类都有该方法,所以我们要限制类型参数 T,让它只能接受 Number 及其子类(Integer、Double、Character 等)。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型的上限,改进上面的代码:
   
   
  1. public <T extends Number> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }
<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子类,传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends,后面可以是类也可以是接口。如果是类,只能有一个;但是接口可以有多个,并以“&”分隔,例如 <T extends Interface1 & Interface2>。

这里的 extends 关键字已不再是继承的含义了,应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型,或者 T 是实现了 XX 接口的类型。

通配符(?)

上一节的例子中提到要定义一个泛型类来表示坐标,坐标可以是整数、小数或字符串,请看下面的代码:
   
   
  1. class Point<T1, T2>{
  2. T1 x;
  3. T2 y;
  4. public T1 getX() {
  5. return x;
  6. }
  7. public void setX(T1 x) {
  8. this.x = x;
  9. }
  10. public T2 getY() {
  11. return y;
  12. }
  13. public void setY(T2 y) {
  14. this.y = y;
  15. }
  16. }
现在要求在类的外部定义一个 printPoint() 方法用于输出坐标,怎么办呢?

可以这样来定义方法:
   
   
  1. public void printPoint(Point p){
  2. System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());
  3. }
我们知道,如果在使用泛型时没有指名具体的数据类型,就会擦除泛型类型,并向上转型为 Object,这与不使用泛型没什么两样。上面的代码没有指明数据类型,相当于:
   
   
  1. public void printPoint(Point<Object, Object> p){
  2. System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());
  3. }
为了避免类型擦除,可以使用通配符(?):
   
   
  1. public void printPoint(Point<?, ?> p){
  2. System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());
  3. }
通配符(?)可以表示任意的数据类型。将代码补充完整:
   
   
  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  4. p1.setX(10);
  5. p1.setY(20);
  6. printPoint(p1);
  7. Point<String, String> p2 = new Point<String, String>();
  8. p2.setX("东京180度");
  9. p2.setY("北纬210度");
  10. printPoint(p2);
  11. }
  12. public static void printPoint(Point<?, ?> p){ // 使用通配符
  13. System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());
  14. }
  15. }
  16. class Point<T1, T2>{
  17. T1 x;
  18. T2 y;
  19. public T1 getX() {
  20. return x;
  21. }
  22. public void setX(T1 x) {
  23. this.x = x;
  24. }
  25. public T2 getY() {
  26. return y;
  27. }
  28. public void setY(T2 y) {
  29. this.y = y;
  30. }
  31. }
运行结果:
This point is: 10, 20
This point is: 东京180度, 北纬210度

但是,数字坐标与字符串坐标又有区别:数字可以表示x轴或y轴的坐标,字符串可以表示地球经纬度。现在又要求定义两个方法分别处理不同的坐标,一个方法只能接受数字类型的坐标,另一个方法只能接受字符串类型的坐标,怎么办呢?

这个问题的关键是要限制类型参数的范围,请先看下面的代码:
   
   
  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  4. p1.setX(10);
  5. p1.setY(20);
  6. printNumPoint(p1);
  7. Point<String, String> p2 = new Point<String, String>();
  8. p2.setX("东京180度");
  9. p2.setY("北纬210度");
  10. printStrPoint(p2);
  11. }
  12. // 借助通配符限制泛型的范围
  13. public static void printNumPoint(Point<? extends Number, ? extends Number> p){
  14. System.out.println("x: " + p.getX() + ", y: " + p.getY());
  15. }
  16. public static void printStrPoint(Point<? extends String, ? extends String> p){
  17. System.out.println("GPS: " + p.getX() + "," + p.getY());
  18. }
  19. }
  20. class Point<T1, T2>{
  21. T1 x;
  22. T2 y;
  23. public T1 getX() {
  24. return x;
  25. }
  26. public void setX(T1 x) {
  27. this.x = x;
  28. }
  29. public T2 getY() {
  30. return y;
  31. }
  32. public void setY(T2 y) {
  33. this.y = y;
  34. }
  35. }
运行结果:
x: 10, y: 20
GPS: 东京180度,北纬210度

? extends Number 表示泛型的类型参数只能是 Number 及其子类,? extends String 也一样,这与定义泛型类或泛型方法时限制类型参数的范围类似。

不过,使用通配符(?)不但可以限制类型的上限,还可以限制下限。限制下限使用 super 关键字,例如 <? super Number> 表示只能接受 Number 及其父类。


2.4- Java不支持通用的Throwable

我们不能创建一个通用类,它是Throwable的子类,因为Java不支持创建这样的类。 编译器的错误信息:
- The generic class MyException<E> may not subclass java.lang.Throwable 
Java 泛型学习笔记
Java不允许创建一个通用的Throwable类,因为它不会带来任何好处。其原因是这个信息仅用于程序员代码控制编译器。在Java运行时,通用信息不存在,错误<Account>或错误的对象 <User>是错误的对象类型。
} catch( Mistake<Account> ea) {
// If exceptions Mistake occurs, this block will be executed
...
} catch( Mistake<User> eu) {
// This block is never executed
...
}


4- 通用对象初始化

有时候,要初始化一个通用对象:
// Generic Object Initialization

T t = new T(); // Error
如果想初始化通用对象,需要传递 Class<T>对象到Java,这有助于Java使用Java反射在运行时创建的通用对象。
  • Bar.class
package com.yiibai.tutorial.generics.o;

import java.util.Date;

public class Bar {

// Class này phải có cấu tử mặc định
public Bar() {

}

public void currentDate() {
System.out.println("Now is: " + new Date());
}

}
  • MyGeneric.java
package com.yiibai.tutorial.generics.o;

public class MyGeneric<T> {

private T tobject;

public MyGeneric(Class<T> tclass)
throws InstantiationException, IllegalAccessException {

this.tobject = (T) tclass.newInstance();

}

public T getTObject() {
return this.tobject;
}
}
  • MyGenericDemo.java
package com.yiibai.tutorial.generics.o;

public class MyGenericDemo {

public static void main(String[] args) throws Exception {

MyGeneric<Bar> mg = new MyGeneric<Bar>(Bar.class);

Bar bar = mg.getTObject();

bar.currentDate();
}
}

6.2- 通配符参数化类型不能使用泛型方法
Java 泛型学习笔记

  • ValidWildcard1.java
package com.yiibai.tutorial.generics.w;
import java.util.ArrayList;

public class ValidWildcard1 {

public static void main(String[] args) {

// ArrayList<E>
// A list containing the elements of type String.
ArrayList<String> listString
= new ArrayList<String>();


// Using generic method: add(E)
// Add not null element to list
listString.add("Tom");

listString.add("Jerry");


// Add null element to list
listString.add(null);
}

}
  • InvalidWildcard1.java
package com.yiibai.tutorial.generics.w;import java.util.ArrayList;public class InvalidWildcard1 {    public static void main(String[] args) {        // ArrayList<E>            // A list containing the elements of type String.        ArrayList<String> listString = new ArrayList<String>();        // A wildcard parameterized type        ArrayList<? extends Object> listWildcard = listString;          // Using generic method: add(E)        // A wildcard parameterized object can not be used        // generic method with generic parameter not null.        listWildcard.add("Tom"); // Error!        listWildcard.add("Jerry"); // Error!                // But can use generic methods        // with null parameter.        listWildcard.add(null);    }}

6.3- 通配符不能加入new操作符

通配符参数化类型不会出现在新的表达具体类型。它只是通过Java泛型已使用的任何特定方案有效实施的规则。
// 通配符不能参加new运算符 List<? extends Object> list= new ArrayList<? extends Object>();