【泛型】Generic 参数化类型 类型转换

参考：

http://blog.csdn.net/lonelyroamer/article/details/7864531#comments

http://blog.csdn.net/lonelyroamer/article/details/7868820#comments

http://blog.csdn.net/LonelyRoamer/article/details/7927212#comments

关于泛型的一些重要知识点

泛型由来：早期Java版本（1.4及之前）如果要代指某个泛化类对象，只能使用Object，这样写出来的代码需要增加强转，而且缺少类型检查，代码缺少健壮性。在1.5之后，Java引入了泛型的概念，提供了一套抽象的类型表示方法。

简单来说，泛型是JDK1.5中出现的安全机制。

好处：将运行时期的ClassCastException问题转到了编译时期，避免了强制转换的麻烦。

什么时候用：当操作的引用数据类型不确定的时候，就使用<>，将要操作的引用数据类型传入即可。

其实<>就是一个用于接收具体引用数据类型的参数范围。

在程序中，只要用到了带有<>的类或者接口，就要明确传入的具体引用数据类型。

泛型技术是给编译器使用的技术，用于编译时期。确保了类型的安全。

运行时，会将泛型去掉，生成的class文件中是不带泛型的，这个称为泛型的擦除。

为什么擦除呢？因为为了兼容运行的类加载器。

泛型的补偿：在运行时，通过获取元素的类型进行转换动作。这样就不用再手动强制转换了。

泛型的通配符【?】未知类型。

泛型的限定：

• 【? extends E】接收E类型或者E的子类型对象。上限。一般存储对象的时候用。比如 添加元素 addAll。
• 【? super E】接收E类型或者E的父类型对象。下限。一般取出对象的时候用。比如比较器。

利用泛型，我们可以：

• 1、表示多个可变类型之间的相互关系：HashMap<T,S>表示类型T与S的映射，HashMap<T, S extends T>表示T的子类与T的映射关系。
• 2、细化类的能力：ArrayList<T> 可以容纳任何指定类型T的数据，当T代指人，则是人的有序列表，当T代指杯子，则是杯子的有序列表，所有对象个体可以共用相同的操作行为。
• 3、复杂类型被细分成更多类型：List<People>和List<Cup>是两种不同的类型，这意味着List<People> listP = new ArrayList<Cup>()是不可编译的。这种检查基于编译时而非运行时，所以说是不可编译并非不可运行，因为运行时ArrayList不保留Cup信息。另外要注意，即使People继承自Object，List<Object> listO = new ArrayList<People>()也是不可编译的，应理解为两种不同类型。因为listO可以容纳任意类型，而实例化的People列表只能接收People实例，这会破坏数据类型完整性。

泛型的基本概念

泛型的定义：泛型是JDK 1.5的一项新特性，它的本质是参数化类型 ParameterizedType，即带有类型参数的类型。也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数，在用到的时候再指定具体的类型。如：List<T>、Map<Integer, String>、List<? extends Number>。

public interface java.lang.reflect.ParameterizedType extends Type

GenericDeclaration接口是声明类型变量的所有实体的公共接口，也就是说，只有实现了该接口才能在对应的实体上声明类型变量。这些实体目前只有三个：Class、Construstor、Method。当这种参数化类型用在类、接口和方法的创建中时，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。

注意：因为直接实现子类没有Field类，所以在属性上面不能定义类型变量。

public interface java.lang.reflect.GenericDeclaration
所有已知实现类：Class、Constructor、Method

泛型思想早在C++语言的模板（Templates）中就开始生根发芽，在Java语言处于还没有出现泛型的版本时，只能通过 "Object是所有类型的父类" 和 "类型强制转换" 两个特点的配合来实现类型泛化。例如在哈希表的存取中，JDK 1.5之前使用HashMap的get()方法，返回值就是一个Object对象，由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，那Object转型为任何对象成都是有可能的。但是也因为有无限的可能性，就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间，编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功，如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性，许多ClassCastException的风险就会被转嫁到程序运行期之中。

泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同，但实现上却有着根本性的分歧，C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符）或是运行期的CLR中都是切实存在的，比如 List<int> 与 List<String> 就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型被称为真实泛型。

Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经被替换为原来的原始类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此对于运行期的Java语言来说，ArrayList<int> 与 ArrayList<String> 就是同一个类型。所以说泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法实现的泛型被称为伪泛型。

使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱的使用Object变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。泛型对于集合类来说尤其有用。

泛型程序设计（Generic Programming）意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用。

实例分析

在JDK1.5之前，Java泛型程序设计是用继承来实现的。因为Object类是所用类的基类，所以只需要维持一个Object类型的引用即可。就比如ArrayList只维护一个Object引用的数组：

public class ArrayList{
    public Object get(int i){......}
    public void add(Object o){......}
    ......
    private Object[] elementData;
} 

这样会有两个问题：

• 没有错误检查，可以向数组列表中添加任何类的对象
• 在取元素的时候，需要进行强制类型转换

这样，很容易发生错误，比如：

/**jdk1.5之前的写法，容易出问题*/
ArrayList arrayList1=new ArrayList();
arrayList1.add(1);
arrayList1.add(1L);
arrayList1.add("asa"); 

int i=(Integer) arrayList1.get(1);//因为不知道取出来的值的类型，类型转换的时候容易出错  

这里的第二个元素是一个长整型，而你以为是整形，所以在强转的时候发生了错误。

所以。在JDK1.5之后，加入了泛型来解决类似的问题。例如在ArrayList中使用泛型：

/** jdk1.5之后加入泛型*/
ArrayList<String> arrayList2=new ArrayList<String>();  //限定数组列表中的类型
//arrayList2.add(1); //因为限定了类型，所以不能添加整形
//arrayList2.add(1L);//因为限定了类型，所以不能添加整长形
arrayList2.add("asa");//只能添加字符串
String str=arrayList2.get(0);//因为知道取出来的值的类型，所以不需要进行强制类型转换  

还要明白的是，泛型特性是向前兼容的。尽管 JDK 5.0 的标准类库中的许多类，比如集合框架，都已经泛型化了，但是使用集合类的现有代码(没有加泛型的代码)可以继续不加修改地在 JDK 1.5 中工作。

泛型的使用

泛型的参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。下面看看具体是如何定义的。

泛型类：类名后面

泛型类就是在声明类时，定义了一个或多个类型变量的类。

泛型类中定义的类型变量的作用范围为当前泛型类中。

泛型类中定义的类型变量用于，在多个方法签名间实施类型约束。例如，当创建一个 Map<K, V> 类型的对象时，您就在方法之间宣称一个类型约束，您 put() 的值将与 get() 返回的值的类型相同。

public class HashMap<K,V> {
    public V put(K key, V value) {...}
    public V get(Object key) {...}
    ...
}

定义一个泛型类十分简单，只需要在类名后面加上<>，再在里面加上类型参数：

public class Pair<T> {
	private T value;

	public Pair(T value) {
		this.value = value;
	}

	public T getValue() {
		return value;
	}

	public void setValue(T value) {
		this.value = value;
	}
}

现在我们就可以使用这个泛型类了：

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
	Pair<String> pair = new Pair<String>("Hello");//注意，"="号左边和右边都要使用<>指定泛型的实际类型
	String str = pair.getValue();
	pair.setValue("World");
}

泛型类可以有多个类型变量，例如：

class Pair<T, S, P, U, E> { }

注意：类型变量使用大写形式，且比较短，这是很常见的。在Java库中，使用变量E表示集合的元素类型，K和V分别表示关键字与值的类型。需要时还可以用临近的字母U和S表示“任意类型”。

泛型接口

泛型接口和泛型类差不多：

interface Show<T,U>{
    void show(T t,U u);
} 

实现类

public class ShowTest implements Show<String, Date> {
	@Override
	public void show(String t, Date u) {
		System.out.println(t + "  " + u.getTime());
	}

}

测试一下：

Show<String, Date> show = new ShowTest();
show.show("包青天", new Date());

泛型方法：返回值之前

泛型方法就是在声明方法时，定义了一个或多个类型变量的方法。

泛型方法中定义的类型变量的作用范围为当前泛型方法中。

泛型方法中定义的类型变量用于，在该方法的多个参数之间，或在该方法的参数与返回值之间，宣称一个类型约束。

class Person<S> {
	public <W> void show(W w) {//这里的【W】完全等价于Object
		if (w != null) System.out.println(w.toString());
	}

	public static <Y> void staticShow(Y y) {
		if (y != null) System.out.println(y.toString());
		//静态方法不能访问在类声明上定义的类型变量
		//S s;//错误提示：Cannot make a static reference to the non-static type S
	}
}

泛型变量的类型限定

对于上面定义的泛型变量，因为在编译之前，也就是我们还在定义这个泛型方法的时候，我们并不知道这个泛型类型 T 到底是什么类型，所以，只能默认T为原始类型Object，所以它只能调用来自于Object的那几个方法。

如果我们想限定类型的范围，比如必须是某个类的子类，或者某个接口的实现类，这时可以使用类型限定对类型变量T设置限定(bound)来实现。

类型限定在泛型类、泛型接口和泛型方法中都可以使用，不过要注意下面几点：

• 无限定的泛型变量等价于Object（白哥添加）
• 不管该限定是类还是接口，统一都使用关键字 extends
• 可以使用 & 符号给出多个限定
• 如果限定既有接口也有类，那么类必须只有一个，并且放在首位置

比如：

public static <T extends Comparable> T get(T t1,T t2)  //继承或实现都用extends
public static <T extends Comparable & Serializable> T get(T t1,T t2)  //使用 & 符号给出多个限定
public static <T extends Object & Comparable & Serializable> T get(T t1,T t2)  //继承的类Object必须放在首位

通配符?的使用

通配符有三种：

• 无限定通配符  形式<?>
• 上边界限定通配符 形式< ? extends Number>
• 下边界限定通配符    形式< ? super Number>

1、泛型中的？通配符

如果定义一个方法，该方法用于打印出任意参数化类型的集合中的所有数据，如果这样写

public static void main(String[] args) throws Exception {
	List<Integer> listInteger = new ArrayList<Integer>();
	printCollection(listInteger);//报错 The method printCollection(Collection<Object>) in the type Test is not applicable for the arguments (List<Integer>)
}

public static void printCollection(Collection<Object> collection) {
	for (Object obj : collection) {
		System.out.println(obj);
	}
}

语句printCollection(listInteger);报错，这是因为泛型的参数是不考虑继承关系的，就直接报错。

这就得用？通配符

public static void printCollection(Collection<?> collection) {...}

在方法 printCollection 中不能出现与参数类型有关的方法，比如：

collection.add(new Object());//The method add(capture#1-of ?) in the type Collection<capture#1-of ?> is not applicable for the arguments (Object)

因为程序调用这个方法的时候传入的参数不知道是什么类型的。

但是可以调用与参数类型无关的方法比如 collection.size();

总结：使用?通配符可以引用其他各种参数化的类型，?通配符定义的变量的主要用作引用，可以调用与参数化无关的方法，不能调用与参数化有关的方法。

2、?通配符的扩展：界定通配符的上边界

List<? extends S> x = new ArrayList<T>();

类型S指定一个数据类型，那么类型T就只能是类型S或者是类型S的子类

List<? extends Number> x = new ArrayList<Integer>();//正确
List<? extends Number> y = new ArrayList<Object>();//错误  Type mismatch: cannot convert from ArrayList<Object> to List<? extends Number>

3、?通配符的扩展：界定通配符的下边界

List<? super S> x = new ArrayList<T>();

类型S指定一个数据类型，那么类型T就只能是类型S或者是类型S的父类

List<? super Number> y = new ArrayList<Object>();//正确
List<? super Number> x = new ArrayList<Integer>();//错误  Type mismatch: cannot convert from ArrayList<Integer> to List<? super Number>

提示：限定通配符总是包括自己

类型擦除

前面已经说了，Java的泛型是伪泛型。为什么说Java的泛型是伪泛型呢？因为，在编译期间，所有的泛型信息都会被擦除掉。正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦出（type erasure）。

Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的Java字节码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数，会在编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。

如在代码中定义的List<object>和List<String>等类型，在编译后都会变成List。JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。类型擦除也是Java的泛型实现方法与C++模版机制实现方式之间的重要区别。

可以通过两个简单的例子，来证明java泛型的类型擦除。

案例一：

ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>();
System.out.println((list1.getClass() == list2.getClass()) + "  " + (list1.getClass() == ArrayList.class));//true  true

在这个例子中，我们定义了两个ArrayList集合，不过一个是ArrayList<String>泛型类型，只能存储字符串。一个是ArrayList<Integer>泛型类型，只能存储整形。最后，我们通过两个ArrayList对象的getClass方法获取它们的类的信息，最后发现两者相等，且等于ArrayList.class。说明泛型类型String和Integer都被擦除掉了，只剩下了原始类型。

案例二：

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
list.add(10086);
Method method = list.getClass().getMethod("add", Object.class);
//运行时利用反射机制调用集合的add方法，跳过编译时的泛型检查
method.invoke(list, "虽然集合中对元素限定的泛型是Integer，但是也能通过反射把字符串添加到集合中");
Object object = list.get(1);
System.out.println(object.getClass().getSimpleName() + "  " + (object.getClass() == String.class));//String  true
try {
    System.out.println(((Object) list.get(1)).getClass());//class java.lang.String
    System.out.println(list.get(1).getClass());//如果不指定list.get(1)的类型，则会默认将其强制转换为集合上指定的泛型类型
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();//java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer
}

因为泛型只在编译的时候起作用，在运行的时候，你得ArrayList已经不受泛型的控制了，也就是说跟已经没有泛型限定的ArrayList没有任何区别了。而反射直接获得了add方法的字节码，跳过编译层在运行时直接添加，这样就骗过了编译。

类型擦除后保留的原始类型

在上面，两次提到了原始类型，什么是原始类型？原始类型（raw type）就是擦除去了泛型信息，最后在字节码中的类型变量的真正类型。无论何时定义一个泛型类型，相应的原始类型都会被自动地提供。类型变量被擦除（crased），并使用其限定类型（无限定的变量用Object）替换。

例如：

class Pair<T> {
    private T value;
    public T getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(T  value) {
        this.value = value;
    }
} 

Pair<T>的原始类型为：

class Pair {
    private Object value;
    public Object getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(Object  value) {
        this.value = value;
    }
} 

因为在Pair<T>中，T是一个无限定的类型变量，所以用Object替换。其结果就是一个普通的类，如同泛型加入java编程语言之前已经实现的那样。在程序中可以包含不同类型的Pair，如Pair<String>或Pair<Integer>，但是，擦除类型后它们就成为原始的Pair类型了，原始类型都是Object。

从上面的那个例2中，我们也可以明白ArrayList<Integer>被擦除类型后，原始类型也变成了Object，所以通过反射我们就可以存储字符串了。

如果类型变量有限定，那么原始类型就用第一个边界的类型变量来替换。

比如Pair这样声明：

public class Pair<T extends Comparable& Serializable> { ... } 

那么原始类型就是Comparable

如果Pair这样声明

public class Pair<T extends Serializable & Comparable> 

那么原始类型就用Serializable替换，而编译器在必要的时要向 Comparable 插入强制类型转换。为了提高效率，应该将标签接口（即没有方法的接口）放在边界限定列表的末尾。

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要区分原始类型和泛型变量的类型

在调用泛型方法的时候，可以指定泛型，也可以不指定泛型。

• 在不指定泛型的时候，泛型变量的类型为 该方法中的几种类型的同一个父类的最小级，直到Object。
• 在指定泛型的时候，该方法中的几种类型必须是该泛型实例类型或者其子类。

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		/**不指定泛型的时候，泛型变量的类型为 该方法中的几种类型的同一个父类的最小级，直到Object*/
		int i = Test.add(1, 2); //这两个参数都是Integer，所以T为Integer类型
		Number f = Test.add(1, 1.2);//这两个参数一个是Integer，一个是Float，所以取同一父类的最小级，为Number
		Object o = Test.add(1, "asd");//这两个参数一个是Integer，一个是Float，所以取同一父类的最小级，为Object

		/**指定泛型的时候，该方法中的几种类型必须是该泛型实例类型或者其子类*/
		int a = Test.<Integer> add(1, 2);//指定了Integer，所以只能为Integer类型或者其子类
		//int b = Test.<Integer> add(1, 2.2);//编译错误，指定了Integer，不能为Float
		Number c = Test.<Number> add(1, 2.2); //指定为Number，所以可以为Integer和Float
	}

	public static <T> T add(T x, T y) {
		return y;
	}
}

其实在泛型类中，不指定泛型的时候也差不多，只不过这个时候的泛型类型为Object，就比如ArrayList中，如果不指定泛型，那么这个ArrayList中可以放任意类型的对象。

附加：GenericDeclaration 接口

public interface java.lang.reflect.GenericDeclaration

所有已知实现类：Class、Constructor、Method

声明类型变量的所有实体的公共接口。

可以声明类型变量的实体的公共接口，也就是说，只有实现了该接口才能在对应的实体上声明（定义）类型变量，这些实体目前只有三个：Class、Construstor、Method。

注意：因为直接实现子类没有Field类，所以属性上面不能定义类型变量。

方法

• TypeVariable<?>[]  getTypeParameters() 返回声明顺序的 TypeVariable 对象的数组，这些对象表示由此 GenericDeclaration 对象表示的一般声明声明的类型变量。
• 返回：表示由此一般声明声明的类型变量的 TypeVariable 对象的数组
• 如果底层的一般声明未声明任何类型变量，则返回一个 0 长度的数组。

public static <T extends Person, U> void main(String[] args) throws Exception {
    Method method = Test.class.getMethod("main", String[].class);
    TypeVariable<?>[] tvs = method.getTypeParameters();//返回声明顺序的 TypeVariable 对象的数组
    System.out.println("声明的类型变量有：" + Arrays.toString(tvs));//[T, U]

    for (int i = 0; i < tvs.length; i++) {
        GenericDeclaration gd = tvs[i].getGenericDeclaration();
        System.out.println("【GenericDeclaration】" + gd);//public static void com.bqt.Test.main(java.lang.String[]) throws java.lang.Exception
        System.out.println(gd.getTypeParameters()[i] == tvs[i]);//true。    GenericDeclaration和TypeVariable两者相互持有对方的引用

        System.out.println(tvs[i] + "  " + tvs[i].getName() + "  " + Arrays.toString(tvs[i].getBounds()));//T  T  [class com.bqt.Person] 和 U  U  [class java.lang.Object]
    }
}

2017-9-4

来自为知笔记(Wiz)