0072 Java中的泛型--泛型是什么--泛型类--泛型方法--擦除--桥方法

什么是泛型，有什么用？

先运行下面的代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Comparable c=new Date();				//Date实现了Comparable接口的
        System.out.println(c.compareTo("red")); //这里可以通过编译，但在运行的时候会抛出异常。ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.util.Date
    }
}

上面的代码稍微修改下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Comparable<Date> c=new Date();				//这行修改了，加入了泛型
        System.out.println(c.compareTo("red")); 	//这行会提示错误：compareTo (java.util.Date) in Comparable cannot be applied to (java.lang.String)
    }
}

对比上面的代码，没加入泛型的时候，在程序运行期才发现问题，而加入了泛型则在程序编译期就发现了，这就是泛型的优势所在。

在第二段代码中，泛型就好象是在告诉编译器：这里声明的变量c只跟Date类型进行比较，如果跟别的类型比较，那么就不能通过编译。

再用ArrayList的例子看下

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List list=new ArrayList();          //没有泛型
        list.add("HTTP");					//添加的是String类型
        list.add("FTP");					//添加的是String类型
        list.add("SMTP");					//添加的是String类型
        list.add(1024);						//不小心添加了个Integer类型，编译和运行期都不会报错
        Object http = list.get(0);			//取出第一个String元素，类型变成了Object
        String ftp = list.get(1);			//编译错误：取出第二个String元素，却不能直接赋值给String类型变量
        String smtp = (String) list.get(2); //取出第三个String元素，经强制类型转换赋值给String类型
    }
}

上面的代码就是在Java1.5泛型加入前的办法，list中可以加入的是Object类型，同时加入String和Integer都没问题，然后不管加进去的是什么类型，取出来的时候都成了Object，还得强制转换成自己的类型。但在实际编码中往往只是添加同类型的元素，得小心翼翼的保证不会加入其他类型，否则在取出来的时候会出意外。泛型加入后，如果不小心添加了非指定类型元素，那根本不能通过编译，在取出来的时候，直接就是指定的类型，而不再是Object。

也就是说对类型的保证由程序员转到了编译器，将可能的错误从运行期转到了编译期。其实泛型只是一层皮，功能的实现还是Object+强制转换。

泛型就是Java的语法糖，所谓语法糖就是：这种语法对功能没有影响，但更方便程序员使用，虚拟机并不支持这些语法，在编译阶段就被还原成了简单语法结构。Java中的其他语法糖还有变长参数、自动拆装箱、内部类等。

自定义泛型类

设想有这样的一个类：用来盛装两个对象，但其类型不确定，可能是String，可能是File，可能是自定义的。我们引入一个类型参数T来代替它可能盛装的类型：

public class Pair<T> {  //这里的<T>就是类型参数，写在类名的后面
    private T first;
    private T second;

    public Pair() {
        first = null;
        second = null;
    }

    public Pair(T first, T second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T getFirst() {
        return first;
    }

    public T getSecond() {
        return second;
    }

    public void setFirst(T first) {
        this.first = first;
    }

    public void setSecond(T second) {
        this.second=second;
    }

    public String toString(){
        return first.toString()+" "+second.toString(); //甚至可以调用T的方法
    }
}

类型参数：

写在类名后面

可以有多个，比如：<K,V>

T一般代表任意类型，E一般用于集合类型中，KV一般用于键值类型

类型参数T可以用在实例变量、局部变量、方法返回值中

可以调用类型参数T的方法。既然不知道T具体是什么类型，那咋能调用其方法呢？后面再说

使用Pair类：

public class PairTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        String[] words = {"Mary", "had", "a", "little", "las"};
        Pair<String> mm = ArrayAlg.minmax(words);     //指定mm中装的是String类型
        System.out.println("min= " + mm.getFirst());
        System.out.println("max= " + mm.getSecond());
    }
}

class ArrayAlg{
    public static Pair<String> minmax(String[] a) {  //计算一个字符串数组中的最大、最小值
        if (a == null || a.length == 0) {
            return null;
        }
        String min = a[0];
        String max = a[0];
        int len = a.length;
        for (int i = 1; i < len; i++) {
            if (min.compareTo(a[i]) > 0) {
                min = a[i];
            }
            if (max.compareTo(a[i]) < 0) {
                max = a[i];
            }
        }
        return new Pair(min, max);
    }
}

自定义泛型方法

定义泛型接口跟定义泛型类是一样，另外还可以在一个非泛型类中定义泛型方法，当然也可以定义在泛型类中

看代码：

public class ArrayAlg {						//类中没有泛型参数，这不是个泛型类
    public static <T> T getMiddle(T[] a) {	//类型参数在方法中，这是个泛型方法，类型参数放在返回值前修饰符后。该方法返回一个数组中间那个元素
        return a[a.length/2];
    }
}

使用该泛型方法

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] a = {54, 42, 94, 23, 34};
        Integer middle = ArrayAlg.<Integer>getMiddle(a); //使用的时候在方法调用前指定类型实参，其实也可以省略，编译器能通过方法中的实参类型自动判定类型实参
        System.out.println(middle);
    }
}

对类型参数进行限定

看下面的代码，计算一个数组中的最小元素：

public class ArrayAlg {
    public static <T> T min(T[] a) {
        if (a == null || a.length == 0) {
            return null;
        }
        T smallest = a[0];
        for (int i=1;i<a.length;i++) {
            if (smallest.compareTo(a[i]) > 0) { //这里会有编译错误，提示smallest没有compareTo()方法
                smallest = a[i];
            }
        }
        return smallest;
    }
}

上面代码中，需要调用类型参数T的compareTo()方法，但T有没有这个方法呢？不知道。但是如果能明确告知T实现了Comparable接口，那T类型就一定是具有compareTo()方法的，这就是类型限定。

在声明类型参数处改为这样： public static <T extends Comparable> T min(T[] a) {

类型限定：

形式： <T extends BoundingType> ，关键字就是extends，没有别的比如implements

可以进行多个限定：比如：<T extends Comparable & Serializable> .注意这是且的关系

可以限定多个接口，但最多只能限定一个类，且这个类得排在第一位

<T extends Comparable>，这里指定了T的上限是Comparable，那么<T>的上限是什么呢？是Object

正是因为有了类型限定，才能调用T的方法。

泛型的擦除

前面说了，Java的泛型只是语法糖，仅仅存在于源码层面。

编译后的字节码中是没有泛型的。

虚拟机中更没有泛型类，所有的类都是普通类。

编译器在编译的时候，会将泛型信息擦除，转换为原始类，用限定类型替换泛型T，再插入必要的强制类型转换或者桥方法。

如果有多个限定类型，那就用第一个替换，因此标记式接口要放到泛型列表的最后。

比如：

public class Pair<T>{
	private T first;
	public T getFirst(){
		return first;
	}
}

擦除泛型变成这样了：

public class Pair{
	private Object first;
	public Object getFirst(){
		return first;
	}
}

下面使用这个getFirst()方法，代码片段：

Pair<Employee> buddies=....;
Employee buddy=buddies.getFirst();

上面这个代码片段中，buddies.getFirst()取出来的为啥直接就是Employee呢，不是Object呢？因为在编译的时候，编译器自动插入了强制类型转换，大概是这样子Employee buddy=(Employee) buddies.getFirst();。

桥方法--与多态的冲突

前面的Pair类类型擦除后，大概是这样的：

public class Pair{
	...
	public void setSecond(Object second){
		this.second=second;
	}
}

下面用一个DateInterval类继承Pair，并重写setSecond()方法，确保seconde一定大于first：

public class DateInterval extends Pair<Date>{
	...
	@Override									//注意这个注解，没有报错，说明重写成功了的
	public void setSecond(Date second){			//该方法确保了第二个日期一定大于第一个
		if(second.compareTo(getFirst())>=0){
			super.setSecond(second);
		}
	}
}

问题来了，setSecond(Date second)重写了setSecond(Object second)，这不科学啊。

实际上，DateInterval编译后新增加了一个桥方法：

public void setSecond(Object second){   //实际完成重写的是这个桥方法
	setSecond((Date)Object);			//调用DateInterval的setSecond(Date second)方法
}

除了set外，还有get也存在问题：

DateInterval中会存在这样的两个方法：

public Object getSecond(){}
public Date getSecond(){}

这里两个get方法的方法签名是相同的，不能共存于一个类中。

但其实它们就是能共存，因为虚拟机辨别方法的时候还加上了返回值类型。

所以啊，泛型遇到编译和虚拟机有点特别了：

虚拟机没有泛型，只有普通的类和方法

类型参数要被其限定类型替换

插入桥方法来保持多态

插入了强制类型转换

总结

• 泛型就是语法糖，仅存在于源代码中，功能的实现还是Object(限定类型)+强制类型转换实现
• 泛型能保证程序员少犯错误，将发现错误的时间点从运行期提到编译期
• 可以定义泛型类、泛型接口、泛型方法。泛型类和泛型接口，把类型参数写在类名或接口名前面；泛型方法将类型参数写到方法名前面
• 类型参数可以进行限定，且能限定多个，可以是[0,1]个类+[0,n]个接口，如果有类，那得写在第一位，标记式接口要写在最后
• 泛型在编译后，都会被擦除成原始类型，用限定类型替代类型参数，字节码和虚拟机中是没有泛型的
• 编译的时候，还会根据需要，加入桥方法，以保持多态