java 泛型全解 - 绝对最详细

程序狗

发布于 2021-12-20 06:38:24

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背景

对于java的泛型我一直属于一知半解的，平常真心用的不多。直到阅读《Effect Java》,看到很多平常不了解的用法，才下定决心，需要系统的学习，并且记录下来。

1、泛型的概述：

1.1 泛型的由来

根据《Java编程思想》中的描述，泛型出现的动机：

有很多原因促成了泛型的出现，而最引人注意的一个原因，就是为了创建容器类。复制代码

泛型的思想很早就存在，如C++中的模板（Templates）。模板的精神：参数化类型

1.2 基本概述

泛型的本质就是"参数化类型"。一提到参数，最熟悉的就是定义方法的时候需要形参，调用方法的时候，需要传递实参。那"参数化类型"就是将原来具体的类型参数化
泛型的出现避免了强转的操作，在编译器完成类型转化，也就避免了运行的错误。

1.3 泛型的目的

Java泛型也是一种语法糖，在编译阶段完成类型的转换的工作，避免在运行时强制类型转换而出现ClassCastException,类型转化异常。

1.4 实例

JDK 1.5时增加了泛型，在很大的程度上方便在集合上的使用。

不使用泛型：

public static void main(String[] args) {        List list = new ArrayList();        list.add(11);        list.add("ssss");        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {            System.out.println((String)list.get(i));        }    }复制代码

因为list类型是Object。所以int,String类型的数据都是可以放入的，也是都可以取出的。但是上述的代码，运行的时候就会抛出类型转化异常，这个相信大家都能明白。

使用泛型：

public static void main(String[] args) {        List<String> list = new ArrayList();        list.add("hahah");        list.add("ssss");        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {            System.out.println((String)list.get(i));        }    }复制代码

在上述的实例中，我们只能添加String类型的数据，否则编译器会报错。

2、泛型的使用

泛型的三种使用方式：泛型类，泛型方法，泛型接口

2.1 泛型类

泛型类概述：把泛型定义在类上
定义格式：

public class 类名 <泛型类型1,...> {    }复制代码

注意事项：泛型类型必须是引用类型（非基本数据类型）

2.2 泛型方法

泛型方法概述：把泛型定义在方法上
定义格式：

public <泛型类型> 返回类型 方法名（泛型类型 变量名） {    }复制代码

注意要点：
- 方法声明中定义的形参只能在该方法里使用，而接口、类声明中定义的类型形参则可以在整个接口、类中使用。当调用fun()方法时，根据传入的实际对象，编译器就会判断出类型形参T所代表的实际类型。

class Demo{    public <T> T fun(T t){   // 可以接收任意类型的数据     return t ;     // 直接把参数返回    }  };  public class GenericsDemo26{    public static void main(String args[]){      Demo d = new Demo() ; // 实例化Demo对象      String str = d.fun("汤姆") ; // 传递字符串      int i = d.fun(30) ;  // 传递数字，自动装箱      System.out.println(str) ; // 输出内容      System.out.println(i) ;  // 输出内容    }  };复制代码

2.3 泛型接口

泛型接口概述：把泛型定义在接口
定义格式：

public interface 接口名<泛型类型> {    }复制代码

实例：

/** * 泛型接口的定义格式:        修饰符  interface 接口名<数据类型> {} */public interface Inter<T> {    public abstract void show(T t) ;} /** * 子类是泛型类 */public class InterImpl<E> implements Inter<E> {    @Override    public void show(E t) {        System.out.println(t);    }}  Inter<String> inter = new InterImpl<String>() ;inter.show("hello") ;复制代码

2.4 源码中泛型的使用，下面是List接口和ArrayList类的代码片段。

//定义接口时指定了一个类型形参，该形参名为Epublic interface List<E> extends Collection<E> {   //在该接口里，E可以作为类型使用   public E get(int index) {}   public void add(E e) {} } //定义类时指定了一个类型形参，该形参名为Epublic class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E> {   //在该类里，E可以作为类型使用   public void set(E e) {   .......................   }}复制代码

2.5 泛型类派生子类

父类派生子类的时候不能在包含类型形参，需要传入具体的类型

错误的方式：

public class A extends Container<K, V> {}

正确的方式：

public class A extends Container<Integer, String> {}

也可以不指定具体的类型，系统就会把K,V形参当成Object类型处理

public class A extends Container {}

2.6 泛型构造器

构造器也是一种方法，所以也就产生了所谓的泛型构造器。
和使用普通方法一样没有区别，一种是显示指定泛型参数，另一种是隐式推断

public class Person {    public <T> Person(T t) {        System.out.println(t);    }    }复制代码

使用：

public static void main(String[] args) {    new Person(22);// 隐式    new <String> Person("hello");//显示}复制代码

特殊说明：
- 如果构造器是泛型构造器，同时该类也是一个泛型类的情况下应该如何使用泛型构造器：因为泛型构造器可以显式指定自己的类型参数（需要用到菱形，放在构造器之前），而泛型类自己的类型实参也需要指定（菱形放在构造器之后），这就同时出现了两个菱形了，这就会有一些小问题，具体用法再这里总结一下。以下面这个例子为代表
public class Person<E> { public <T> Person(T t) { System.out.println(t); }}复制代码正确用法： public static void main(String[] args) { Person<String> person = new Person("sss");}复制代码 PS：编译器会提醒你怎么做的

2.7 高级通配符

2.7.1背景：

2.7.2 <? extends T> 上界通配符

上界通配符顾名思义，<? extends T>表示的是类型的上界【包含自身】，因此通配的参数化类型可能是T或T的子类。
- 正因为无法确定具体的类型是什么，add方法受限（可以添加null，因为null表示任何类型），但可以从列表中获取元素后赋值给父类型。如上图中的第一个例子，第三个add()操作会受限，原因在于List和List是List<? extends Animal>的子类型。
它表示集合中的所有元素都是Animal类型或者其子类 List<? extends Animal>复制代码
这就是所谓的上限通配符，使用关键字extends来实现，实例化时，指定类型实参只能是extends后类型的子类或其本身。
- 例如：
- 这样就确定集合中元素的类型，虽然不确定具体的类型，但最起码知道其父类。然后进行其他操作。
//Cat是其子类 List<? extends Animal> list = new ArrayList<Cat>();复制代码

2.7.3 <? super T> 下界通配符

下界通配符<? super T>表示的是参数化类型是T的超类型（包含自身），层层至上，直至Object
- 编译器无从判断get()返回的对象的类型是什么，因此get()方法受限。但是可以进行add()方法，add()方法可以添加T类型和T类型的子类型，如第二个例子中首先添加了一个Cat类型对象，然后添加了两个Cat子类类型的对象，这种方法是可行的，但是如果添加一个Animal类型的对象，显然将继承的关系弄反了，是不可行的。
它表示集合中的所有元素都是Cat类型或者其父类 List <? super Cat> 复制代码
这就是所谓的下限通配符，使用关键字super来实现，实例化时，指定类型实参只能是extends后类型的子类或其本身
- 例如
//Animal是其父类List<? super Cat> list = new ArrayList<Animal>();复制代码

2.7.4 <?> 无界通配符

任意类型，如果没有明确，那么就是Object以及任意的Java类了
无界通配符用<?>表示，?代表了任何的一种类型，能代表任何一种类型的只有null（Object本身也算是一种类型，但却不能代表任何一种类型，所以List和List的含义是不同的，前者类型是Object，也就是继承树的最上层，而后者的类型完全是未知的）

3、泛型擦除

3.1 概念

编译器编译带类型说明的集合时会去掉类型信息

3.2 验证实例：

public class GenericTest {    public static void main(String[] args) {        new GenericTest().testType();    }     public void testType(){        ArrayList<Integer> collection1 = new ArrayList<Integer>();        ArrayList<String> collection2= new ArrayList<String>();                System.out.println(collection1.getClass()==collection2.getClass());        //两者class类型一样,即字节码一致                System.out.println(collection2.getClass().getName());        //class均为java.util.ArrayList,并无实际类型参数信息    }}复制代码

输出结果：

truejava.util.ArrayList复制代码

分析：
- 这是因为不管为泛型的类型形参传入哪一种类型实参，对于Java来说，它们依然被当成同一类处理，java培训在内存中也只占用一块内存空间。从Java泛型这一概念提出的目的来看，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。
- 在静态方法、静态初始化块或者静态变量的声明和初始化中不允许使用类型形参。由于系统中并不会真正生成泛型类，所以instanceof运算符后不能使用泛型类

4、泛型与反射

把泛型变量当成方法的参数，利用Method类的getGenericParameterTypes方法来获取泛型的实际类型参数
例子：

public class GenericTest {     public static void main(String[] args) throws Exception {        getParamType();    }         /*利用反射获取方法参数的实际参数类型*/    public static void getParamType() throws NoSuchMethodException{        Method method = GenericTest.class.getMethod("applyMap",Map.class);        //获取方法的泛型参数的类型        Type[] types = method.getGenericParameterTypes();        System.out.println(types[0]);        //参数化的类型        ParameterizedType pType  = (ParameterizedType)types[0];        //原始类型        System.out.println(pType.getRawType());        //实际类型参数        System.out.println(pType.getActualTypeArguments()[0]);        System.out.println(pType.getActualTypeArguments()[1]);    }     /*供测试参数类型的方法*/    public static void applyMap(Map<Integer,String> map){     }}复制代码

输出结果：

java.util.Map<java.lang.Integer, java.lang.String>interface java.util.Mapclass java.lang.Integerclass java.lang.String复制代码

通过反射绕开编译器对泛型的类型限制

public static void main(String[] args) throws Exception {		//定义一个包含int的链表		ArrayList<Integer> al = new ArrayList<Integer>();		al.add(1);		al.add(2);		//获取链表的add方法，注意这里是Object.class，如果写int.class会抛出NoSuchMethodException异常		Method m = al.getClass().getMethod("add", Object.class);		//调用反射中的add方法加入一个string类型的元素，因为add方法的实际参数是Object		m.invoke(al, "hello");		System.out.println(al.get(2));	} 复制代码

5 泛型的限制

5.1 模糊性错误

对于泛型类User<K,V>而言，声明了两个泛型类参数。在类中根据不同的类型参数重载show方法。

public class User<K, V> {        public void show(K k) { // 报错信息：'show(K)' clashes with 'show(V)'; both methods have same erasure            }    public void show(V t) {     }}复制代码

由于泛型擦除，二者本质上都是Obejct类型。方法是一样的，所以编译器会报错。

换一个方式：

public class User<K, V> {     public void show(String k) {     }    public void show(V t) {     }}复制代码

使用结果：

可以正常的使用

5.2 不能实例化类型参数

编译器也不知道该创建那种类型的对象

public class User<K, V> {     private K key = new K(); // 报错：Type parameter 'K' cannot be instantiated directly }复制代码

5.3 对静态成员的限制

静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的类型不确定，必须要将泛型定义在方法上。

如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法定义成泛型方法。

public class User<T> {     //错误    private static T t;     //错误    public static T getT() {        return t;    }     //正确    public static <K> void test(K k) {     }}复制代码

5.4 对泛型数组的限制

不能实例化元素类型为类型参数的数组，但是可以将数组指向类型兼容的数组的引用

public class User<T> {     private T[] values;     public User(T[] values) {        //错误，不能实例化元素类型为类型参数的数组        this.values = new T[5];        //正确，可以将values 指向类型兼容的数组的引用        this.values = values;    }}复制代码

5.5 对泛型异常的限制

泛型类不能扩展 Throwable，意味着不能创建泛型异常类。

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