Java_泛型

转自博客HappyCorn https://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3837629.html

什么是泛型？

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式(可称为类型形参)，然后在使用/调用时传入具体的类型(类型实参)。

一个栗子：

public class Generics {
 public static void main(String[] args) {
  List<String> list = new ArrayList<String>();
  list.add("Messi");
  list.add("Suarez");
  //list.add(100);  //1、提示编译错误
  
  for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
   String name=list.get(i);  //2、
   System.out.println("the name is "+name);
  }
 }
}

采用泛型写法后，在//1处想加一个Integer类型的对象时会出现编译错误，通过List<String>，直接限定了list集合中只能含有String类型的元素，从而在//2处就无需进行强制类型转换，因为此时，集合能够记住元素的类型信息，编译器已经能够确认它是String类型了。

综合上面的泛型定义，我们知道在List<String>中，String是类型实参，也就是说，相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型(也就是对应的传入的类型形参)。下面就来看看List接口的具体定义。

public interface List<E> extends Collection<E> {

    int size();

    boolean isEmpty();

    boolean contains(Object o);

    Iterator<E> iterator();

    Object[] toArray();

    <T> T[] toArray(T[] a);

    boolean add(E e);

    boolean remove(Object o);

    boolean containsAll(Collection<?> c);

    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

    boolean removeAll(Collection<?> c);

    boolean retainAll(Collection<?> c);

    void clear();

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();

    E get(int index);

    E set(int index, E element);

    void add(int index, E element);

    E remove(int index);

    int indexOf(Object o);

    int lastIndexOf(Object o);

    ListIterator<E> listIterator();

    ListIterator<E> listIterator(int index);

    List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
}

我们可以看到，在List接口中采用泛型化定义之后，<E>中的E表示类型形参，可以接收具体的类型实参，并且此接口定义中，凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。

自然的，ArrayList作为List的接口实现类，其定义形式是：

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

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return ArrayList.this.elementData(offset + index);
    }

    //...省略掉其他具体的定义过程

}

自定义泛型接口、泛型类和泛型方法：

从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体操作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口，泛型类和泛型方法。

自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述java源码中的List、ArrayList类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义。

public class GenericsTest {
	public static void main(String[] args) {
		Box<String> name = new Box<String>("iron");
		System.out.println("the name is "+name.getData());
	}
}

class Box<T>{
	private T data;

	public Box(){}

	public Box(T data){
		this.data = data;
	}

	public T getData(){
		return data;
	}
}

在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参，用于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？

public class GenericsTest {
	public static void main(String[] args) {
		Box<String> name = new Box<String>("iron");
		Box<Integer> age = new Box<Integer>(38);

		System.out.println("name class: "+name.getClass());  //name class: class java_05.Box
		System.out.println("age class: "+age.getClass());  //age class: class java_05.Box
		System.out.println(name.getClass()==age.getClass());  //true

		System.out.println("the name is "+name.getData());
	}
}

由此，我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型(本实例中为Box)，当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。

究其原因，在于java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确校验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

对此总结成一句话：泛型类型在逻辑上可以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。

类型通配符：

接着上面的结论，我们知道，Box<Number> 和 Box<Integer>实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？

为了弄清这个问题，我们继续看下面这个例子：

public class GenericsTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<Number> name = new Box<Number>(99);
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(38);

        getData(name);

        //The method getData(Box<Number>) in
        //the type GenericsTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)
        //getData(age);  //1、

    }

    public static void getData(Box<Number> data) {
        System.out.println("data :"+data.getData());
    }
}

我们发现在代码//1、处出现了错误提示信息：The method getData(Box<Number>) in the type GenericsTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。显然，通过提示信息，我们知道Box<Number>在逻辑上不能视为Box<Integer>的父类。那么，原因何在呢？

public class GenericsTest {
	public static void main(String[] args) {
		Box<Integer> a = new Box<Integer>(99);
		Box<Number> b = a;  //1、
		Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);
		b.setData(f);  //2、
	}

	public static void getData(Box<Number> data) {
		System.out.println("data :"+data.getData());
	}
}

class Box<T>{
	private T data;

	public Box(){}

	public Box(T data){
		this.data = data;
	}

	public T getData(){
		return data;
	}

	public void setData(){
		this.data = data;
	}
}

这个例子中。//1、和//2、处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法进行说明。

假设Box<Number>在逻辑上可以视为Box<Integer>的父类，那么//1、//2、处将不会有错误提示，那么问题就出来了，通过getData()取出数据时到底是什么类型呢？Integer?Float?还是Number?且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要时候要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念相矛盾，因此，在逻辑上Box<Number>不能作为Box<Integer>的父类。

好，那我们回过头继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总不能再定义一个新的函数吧？这和java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以同时用来表示Box<Number>和Box<Integer> 父类的一个引用类型，由此 通配符应运而生。

类型通配符一般使用？代替具体的类型实参。注意，此处是类型实参，而不是类型形参。且Box<?>在逻辑上是Box<Number>,Box<Integer>...等所有Box<具体类型实参>的父类。由此，我们可以定义泛型方法，来完成此需求。

public class GenericsTest {
	public static void main(String[] args) {
		Box<String> name = new Box<String>("iron");
		Box<Integer> age = new Box<Integer>(38);
		Box<Number> num = new Box<Number>(315);

		getData(name);
		getData(age);
		getData(num);

		//getUpperNumberData(name);  //1、
		getUpperNumberData(age);   //2、
		getUpperNumberData(num);   //3、
	}

	public static void getData(Box<?> data){
		System.out.println("data :"+data.getData());
	}

	//Integer extends Number
	public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){
		System.out.println("data :"+data.getData());
	}
}

此时，显然，在代码//1、处调用将出现错误提示，而//2、//3、处调用正常。

类型通配符上限通过形如Box<? extends Number>形式定义。相对应的，类型通配符下限形如Box<? super Number>形式，其含义与类型通配符上限正好相反。

话外篇：

一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其实，在实际编程中，自己可以使用泛型去简化开发，且能很好的保证代码质量。并且还要注意一点的是，java中没有所谓的泛型数组一说。

对于泛型，最主要的还是需要理解其背后的思想和目的。