Java泛型详解.docx

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Java泛型详解.docx

Java泛型详解

Java泛型详解

一.泛型概念的提出(为什么需要泛型)?

首先,我们看下下面这段简短的代码:

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复制代码

1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4Listlist=newArrayList();

5list.add("qqyumidi");

6list.add("corn");

7list.add(100);

8

9for(inti=0;i

10Stringname=(String)list.get(i);//1

11System.out.println("name:

"+name);

12}

13}

14}

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定义了一个List类型的集合,先向其中加入了两个字符串类型的值,随后加入一个Integer类型的值。

这是完全允许的,因为此时list默认的类型为Object类型。

在之后的循环中,由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因,很容易出现类似于//1中的错误。

因为编译阶段正常,而运行时会出现“Java.lang.ClassCastException”异常。

因此,导致此类错误编码过程中不易发现。

在如上的编码过程中,我们发现主要存在两个问题:

1.当我们将一个对象放入集合中,集合不会记住此对象的类型,当再次从集合中取出此对象时,改对象的编译类型变成了Object类型,但其运行时类型任然为其本身类型。

2.因此,//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型,且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。

那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型,且能够达到只要编译时不出现问题,运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢?

答案就是使用泛型。

二.什么是泛型?

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,然后调用此方法时传递实参。

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的类型参数化,类似于方法中的变量参数,此时类型也定义成参数形式(可以称之为类型形参),然后在使用/调用时传入具体的类型(类型实参)。

看着好像有点复杂,首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。

复制代码

复制代码

1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4/*

5Listlist=newArrayList();

6list.add("qqyumidi");

7list.add("corn");

8list.add(100);

9*/

10

11Listlist=newArrayList();

12list.add("qqyumidi");

13list.add("corn");

14//list.add(100);//1提示编译错误

15

16for(inti=0;i

17Stringname=list.get(i);//2

18System.out.println("name:

"+name);

19}

20}

21}

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采用泛型写法后,在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误,通过List,直接限定了list集合中只能含有String类型的元素,从而在//2处无须进行强制类型转换,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。

结合上面的泛型定义,我们知道在List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实参)。

下面就来看看List接口的的具体定义:

复制代码

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1publicinterfaceListextendsCollection{

2

3intsize();

4

5booleanisEmpty();

6

7booleancontains(Objecto);

8

9Iteratoriterator();

10

11Object[]toArray();

12

13T[]toArray(T[]a);

14

15booleanadd(Ee);

16

17booleanremove(Objecto);

18

19booleancontainsAll(Collection

>c);

20

21booleanaddAll(Collection

extendsE>c);

22

23booleanaddAll(intindex,Collection

extendsE>c);

24

25booleanremoveAll(Collection

>c);

26

27booleanretainAll(Collection

>c);

28

29voidclear();

30

31booleanequals(Objecto);

32

33inthashCode();

34

35Eget(intindex);

36

37Eset(intindex,Eelement);

38

39voidadd(intindex,Eelement);

40

41Eremove(intindex);

42

43intindexOf(Objecto);

44

45intlastIndexOf(Objecto);

46

47ListIteratorlistIterator();

48

49ListIteratorlistIterator(intindex);

50

51ListsubList(intfromIndex,inttoIndex);

52}

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我们可以看到,在List接口中采用泛型化定义之后,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接口的实现类,其定义形式是:

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1publicclassArrayListextendsAbstractList

2implementsList,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable{

3

4publicbooleanadd(Ee){

5ensureCapacityInternal(size+1);//IncrementsmodCount!

!

6elementData[ize++]=e;

7returntrue;

8}

9

10publicEget(intindex){

11rangeCheck(index);

12checkForComodification();

13returnArrayList.this.elementData(offset+index);

14}

15

16//...省略掉其他具体的定义过程

17

18}

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由此,我们从源代码角度明白了为什么//1处加入Integer类型对象编译错误,且//2处get()到的类型直接就是String类型了。

三.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运作过程。

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:

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1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4

5Boxname=newBox("corn");

6System.out.println("name:

"+name.getData());

7}

8

9}

10

11classBox{

12

13privateTdata;

14

15publicBox(){

16

17}

18

19publicBox(Tdata){

20this.data=data;

21}

22

23publicTgetData(){

24returndata;

25}

26

27}

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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,由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?

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1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4

5Boxname=newBox("corn");

6Boxage=newBox(712);

7

8System.out.println("nameclass:

"+name.getClass());//com.qqyumidi.Box

9System.out.println("ageclass:

"+age.getClass());//com.qqyumidi.Box

10System.out.println(name.getClass()==age.getClass());//true

11

12}

13

14}

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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,对于正确检验泛型结果后,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:

泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型,实际上都是相同的基本类型。

四.类型通配符

接着上面的结论,我们知道,Box和Box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和Box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,我们继续看下下面这个例子:

复制代码

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1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4

5Boxname=newBox(99);

6Boxage=newBox(712);

7

8getData(name);

9

10//ThemethodgetData(Box)inthetypeGenericTestis

11//notableforthearguments(Box

12getData(age);//1

13

14}

15

16publicstaticvoidgetData(Boxdata){

17System.out.println("data:

"+data.getData());

18}

19

20}

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我们发现,在代码//1处出现了错误提示信息:

ThemethodgetData(Box)inthetypeGenericTestisnotapplicableforthearguments(Box)。

显然,通过提示信息,我们知道Box在逻辑上不能视为Box的父类。

那么,原因何在呢?

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1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4

5Boxa=newBox(712);

6Boxb=a;//1

7Boxf=newBox(3.14f);

8b.setData(f);//2

9

10}

11

12publicstaticvoidgetData(Boxdata){

13System.out.println("data:

"+data.getData());

14}

15

16}

17

18classBox{

19

20privateTdata;

21

22publicBox(){

23

24}

25

26publicBox(Tdata){

27setData(data);

28}

29

30publicTgetData(){

31returndata;

32}

33

34publicvoidsetData(Tdata){

35this.data=data;

36}

37

38}

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这个例子中,显然//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来进行说明。

假设Box在逻辑上可以视为Box的父类,那么//1和//2处将不会有错误提示了,那么问题就出来了,通过getData()方法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,导致在必要的时候必须要进行类型判断,且进行强制类型转换。

显然,这与泛型的理念矛盾,因此,在逻辑上Box不能视为Box的父类。

好,那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子,我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。

那么如何解决呢?

总部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用来表示同时是Box和Box的父类的一个引用类型,由此,类型通配符应运而生。

类型通配符一般是使用?

代替具体的类型实参。

注意了,此处是类型实参,而不是类型形参!

且Box

>在逻辑上是Box、Box...等所有Box<具体类型实参>的父类。

由此,我们依然可以定义泛型方法,来完成此类需求。

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1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4

5Boxname=newBox("corn");

6Boxage=newBox(712);

7Boxnumber=newBox(314);

8

9getData(name);

10getData(age);

11getData(number);

12}

13

14publicstaticvoidgetData(Box

>data){

15System.out.println("data:

"+data.getData());

16}

17

18}

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有时候,我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。

具体有是怎么样的呢?

在上面的例子中,如果需要定义一个功能类似于getData()的方法,但对类型实参又有进一步的限制:

只能是Number类及其子类。

此时,需要用到类型通配符上限。

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1publicclassGenericTest{

2

3publicstaticvoidmain(String[]args){

4

5Boxname=newBox("corn");

6Boxage=newBox(712);

7Boxnumber=newBox(314);

8

9getData(name);

10getData(age);

11getData(number);

12

13//getUpperNumberData(name);//1

14getUpperNumberData(age);//2

15getUpperNumberData(number);//3

16}

17

18publicstaticvoidgetData(Box

>data){

19System.out.println("data:

"+data.getData());

20}

21

22publicstaticvoidgetUpperNumberData(Box

extendsNumber>data){

23System.out.println("data:

"+data.getData());

24}

25

26}

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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

extendsNumber>形式定义,相对应的,类型通配符下限为Box

superNumber>形式,其含义与类型通配符上限正好相反,在此不作过多阐述了。

五.话外篇

本文中的例子主要是为了阐述泛型中的一些思想而简单举出的,并不一定有着实际的可用性。

另外,一提到泛型,相信大家用到最多的就是在集合中,其实,在实际的编程过程中,自己可以使用泛型去简化开发,且能很好的保证代码质量。

并且还要注意的一点是,Java中没有所谓的泛型数组一说。

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