Java 泛型示例 - 泛型方法，类，接口

淡定的蜗牛

修改于 2019-10-25 17:58:20

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文章被收录于专栏：Java知己

Java Genrics 是 Java 5 中引入的最重要的功能之一。

如果您一直在使用Java Collections并使用版本 5 或更高版本，那么我确定您已经使用过它。

Java 中具有集合类的泛型非常容易，但是它提供了比仅创建集合类型更多的功能。

我们将在本文中尝试学习泛型的功能。如果我们使用专业术语，对泛型的理解有时会变得混乱，因此，我将尽量保持其简单易懂。

1. Java 中的泛型

Java 5 中添加了泛型，以提供编译时类型检查，并消除了ClassCastException使用集合类时常见的风险。整个收集框架都进行了重写，以使用泛型进行类型安全。让我们看看泛型如何帮助我们安全地使用集合类。

List list = new ArrayList();
list.add("abc");
list.add(new Integer(5)); 

for(Object obj : list){
	
    String str=(String) obj; 
}

上面的代码可以很好地编译，但是在运行时会引发ClassCastException，因为我们试图将列表中的对象强制转换为String，而其中一个元素是Integer类型。在Java 5之后，我们使用如下收集类。

List<String> list1 = new ArrayList<String>(); // java 7 ? List<String> list1 = new ArrayList<>(); 
list1.add("abc");
//list1.add(new Integer(5)); //编译错误

for(String str : list1){
     //no type casting needed, avoids ClassCastException
}

请注意，在创建列表时，我们已指定列表中元素的类型为String。因此，如果我们尝试在列表中添加任何其他类型的对象，则该程序将引发编译时错误。还要注意，在循环中中，我们不需要列表中元素的类型转换，因此在运行时删除了ClassCastException。

2. Java通用类

我们可以使用泛型类型定义自己的类。泛型类型是通过类型进行参数化的类或接口。我们使用尖括号（<>）来指定类型参数。

为了了解其好处，我们假设有一个简单的类：

package com.journaldev.generics;

public class GenericsTypeOld {

	private Object t;

	public Object get() {
		return t;
	}

	public void set(Object t) {
		this.t = t;
	}

        public static void main(String args[]){
		GenericsTypeOld type = new GenericsTypeOld();
		type.set("Pankaj"); 
		String str = (String) type.get(); //type casting, error prone and can cause ClassCastException
	}
}

请注意，在使用此类时，我们必须使用类型转换，并且它可以在运行时产生ClassCastException。现在，我们将使用Java通用类替换如下所示的相同类。

package com.journaldev.generics;

public class GenericsType<T> {

	private T t;
	
	public T get(){
		return this.t;
	}
	
	public void set(T t1){
		this.t=t1;
	}
	
	public static void main(String args[]){
		GenericsType<String> type = new GenericsType<>();
		type.set("Pankaj"); //valid
		
		GenericsType type1 = new GenericsType(); //raw type
		type1.set("Pankaj"); //valid
		type1.set(10); //valid and autoboxing support
	}
}

注意main方法中GenericsType类的使用。我们不需要进行类型转换，并且可以在运行时删除ClassCastException。如果我们在创建时未提供类型，则编译器将发出警告，“ GenericsType是原始类型。

泛型类型GenericsType <T>的引用应参数化”。当我们不提供类型时，该类型就变成了类型Object，因此它允许String和Integer对象。但是，我们应始终尝试避免这种情况，因为在处理可能产生运行时错误的原始类型时，我们必须使用类型转换。

还要注意，它支持Java自动装箱。

3. Java通用接口

Comparable接口是接口中泛型的一个很好的例子，它写为：

package java.lang;
import java.util.*;

public interface Comparable<T> {
    public int compareTo(T o);
}

以类似的方式，我们可以在Java中创建通用接口。我们也可以像Map界面具有多个类型参数。同样，我们也可以为参数化类型提供参数化值，例如new HashMap<String, List<String>>();有效。

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4. Java通用类型

Java通用类型命名约定可以帮助我们轻松理解代码，并且具有命名约定是Java编程语言的最佳实践之一。因此，泛型也带有自己的命名约定。通常，类型参数名称是单个大写字母，以可以实现与Java变量区分开。最常用的类型参数名称为：

E –元素由Java Collections Framework广泛使用，例如ArrayList，Set等
K –键（在Map中使用）
N –数字
T –类型
V –值（在Map中使用）
S，U，V等–第二，第三，第四类型

5. Java通用方法

有时我们不希望整个类都被参数化，在这种情况下，我们可以创建java泛型方法。由于构造函数是一种特殊的方法，因此我们也可以在构造函数中使用泛型类型。

这是一个显示Java泛型方法示例的类。

package com.journaldev.generics;

public class GenericsMethods {

	//Java Generic Method
	public static <T> boolean isEqual(GenericsType<T> g1, GenericsType<T> g2){
		return g1.get().equals(g2.get());
	}
	
	public static void main(String args[]){
		GenericsType<String> g1 = new GenericsType<>();
		g1.set("Pankaj");
		
		GenericsType<String> g2 = new GenericsType<>();
		g2.set("Pankaj");
		
		boolean isEqual = GenericsMethods.<String>isEqual(g1, g2);
		//above statement can be written simply as
		isEqual = GenericsMethods.isEqual(g1, g2);
		//This feature, known as type inference, allows you to invoke a generic method as an ordinary method, without specifying a type between angle brackets.
		//Compiler will infer the type that is needed
	}
}

注意的isEqual方法签名显示了在方法中使用泛型类型的语法。另外，请注意如何在我们的Java的程序中使用这些方法。我们可以在调用这些方法时指定类型，也可以像普通方法一样调用它们。Java编译器足够聪明，可以确定要使用的变量的类型，这种功能称为类型变量。

6. Java泛型绑定类型参数

假设我们要限制可以在参数化类型中使用的对象的类型，例如在比较两个对象的方法中，并且我们要确保接受的对象是可比较的。要声明一个有界的类型参数，请列出类型参数的名称，然后列出扩展关键字，再加上其上限，以下下面的方法。

public static <T extends Comparable<T>> int compare(T t1, T t2){
		return t1.compareTo(t2);
}

这些方法的调用与无界方法类似，不同之处在于，如果我们尝试使用任何非Comparable的类，则引发编译时错误。

绑定类型参数可以与方法以及类和接口一起使用。

Java泛型也支持多个范围，即<T扩展A＆B＆C>。在这种情况下，A可以是接口或类。如果A是类，则B和C应该是接口。在多个范围内，我们不能有多个类。

7. Java泛型和继承

我们知道，如果A是B的子类，则Java继承允许我们将变量A分配给另一个变量B。因此，我们可能认为可以将A的任何泛型类型分配给B的泛型类型，但事实并非如此。让我们用一个简单的程序看看。

package com.journaldev.generics;

public class GenericsInheritance {

	public static void main(String[] args) {
		String str = "abc";
		Object obj = new Object();
		obj=str; // works because String is-a Object, inheritance in java
		
		MyClass<String> myClass1 = new MyClass<String>();
		MyClass<Object> myClass2 = new MyClass<Object>();
		//myClass2=myClass1; // compilation error since MyClass<String> is not a MyClass<Object>
		obj = myClass1; // MyClass<T> parent is Object
	}
	
	public static class MyClass<T>{}

}

我们永久将MyClass <String>变量分配给MyClass <Object>变量，因为它们不相关，实际上MyClass <T>的父对象是Object。

8. Java通用类和子类型

我们可以通过扩展或实现来泛型一个通用类或接口。一个类或接口的类型参数与另一类或接口的类型参数之间的关系由extend和实现子句确定。

例如，ArrayList <E>实现了扩展Collection <E>的List <E>，因此ArrayList <String>是List <String>的子类型，而List <String>是Collection <String>的子类型。

只要不更改type参数，子类型关系就会保留，下面显示了多个type参数的示例。

interface MyList<E,T> extends List<E>{
}

List <String>的子类型可以是MyList <String，Object>，MyList <String，Integer>等。

###9. Java通用通配符

问号（？）是泛型中的通配符，表示未知类型。通配符可以用作参数，字段或局部变量的类型，有时还可以用作返回类型。在调用通用方法或实例化通用类时，不能使用通配符。在以下各节中，我们将学习上界通配符，下界通配符和通配符捕获。

9.1）Java泛型上界通配符

上限通配符用于在方法中放宽对变量类型的限制。假设我们要编写一个将返回列表中数字总和的方法，那么我们的实现将是这样的。

public static double sum(List<Number> list){
	double sum = 0;
	for(Number n : list){
		sum += n.doubleValue();
	}
	return sum;
}

现在，上述实现的问题在于它不适用于Integers或Doubles，因为我们知道List <Integer>和List <Double>不相关，这在使用高层通配符时很有用。我们将通用通配符与extends关键字和上级类或接口一起使用，这将允许我们传递上级子类类型的参数。

可以像下面的程序一样修改上面的实现。

package com.journaldev.generics;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericsWildcards {

	public static void main(String[] args) {
		List<Integer> ints = new ArrayList<>();
		ints.add(3); ints.add(5); ints.add(10);
		double sum = sum(ints);
		System.out.println("Sum of ints="+sum);
	}

	public static double sum(List<? extends Number> list){
		double sum = 0;
		for(Number n : list){
			sum += n.doubleValue();
		}
		return sum;
	}
}

就像按照接口编写代码一样，在上述方法中，我们可以使用上限类号码的所有方法。请注意，对于上界列表，除空之外，我们不允许将任何对象添加到列表中。如果我们尝试在sum方法内将元素添加到列表中，则该程序将无法编译。

9.2）Java泛型无限制通配符

有时，我们希望通用方法适用于所有类型，在这种情况下，可以使用无界通配符。与使用<？extends Object>。

public static void printData(List<?> list){
	for(Object obj : list){
		System.out.print(obj + "::");
	}
}

我们可以为PrintData方法提供List <String>或List <Integer>或任何其他类型的Object列表参数。与上限列表类似，我们可以在列表中添加任何内容。

9.3）Java泛型下界通配符

假设我们要在方法中将整体添加到整数列表中，我们可以将参数类型保持为List<Integer>，但可以与Integers捆绑在一起，而List <Number>和List <Object>也可以容纳整数，因此我们可以使用下限通配符来实现。我们使用超级关键字和下限类的泛型通配符（？）来实现此目的。

我们可以传递下界或下界的任何超类型作为参数，在这种情况下，java编译器允许将下界对象类型添加到列表中。

public static void addIntegers(List<? super Integer> list){
	list.add(new Integer(50));
}

###　10.使用泛型通配符进行子类型化

List<? extends Integer> intList = new ArrayList<>();
List<? extends Number>  numList = intList;  // OK. List<? extends Integer> is a subtype of List<? extends Number>

11. Java泛型类型重构

添加了Java泛型以在编译时提供类型检查，并且在运行时没有使用，因此Java编译器使用类型更改功能删除字节码中的所有泛型类型检查代码，并在必要时插入类型转换。类型定义可确保不会为参数化类型创建新的类；因此，泛型不会产生运行时浪费。

例如，如果我们有如下通用类；

public class Test<T extends Comparable<T>> {

    private T data;
    private Test<T> next;

    public Test(T d, Test<T> n) {
        this.data = d;
        this.next = n;
    }

    public T getData() { return this.data; }
}

Java编译器用第一个绑定接口Comparable替换有界类型参数T，如下代码：

public class Test {

    private Comparable data;
    private Test next;

    public Node(Comparable d, Test n) {
        this.data = d;
        this.next = n;
    }

    public Comparable getData() { return data; }
}