java泛型详解

java泛型详解1、什么是java泛型?泛型是JavaSE1.5的新特性,泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种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、泛型方法。2、为什么需要泛型?Java语言引入泛型的好处是安全简单。可以将运行时错误提前到编译时错误。在JavaSE1.5之前,没有泛型的情况的下,通过对类型Object的引用来实现

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

1、什么是java泛型?

泛型是Java SE 1.5的新特性,泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种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、泛型方法。

2、为什么需要泛型?

Java语言引入泛型的好处是安全简单。可以将运行时错误提前到编译时错误

Java SE 1.5之前,没有泛型的情况的下,通过对类型Object的引用来实现参数的任意化任意化带来的缺点是要做显式的强制类型转换,而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况,编译器可能不提示错误,在运行的时候才出现异常,这是一个安全隐患。泛型的好处是在编译的时候检查类型安全,并且所有的强制转换都是自动和隐式的,提高代码的重用率。

示例代码如下:

package Generics;

class SimpleGen {
	private Object ob;

	public SimpleGen(Object ob) {
		this.ob = ob;
	}

	public Object getOb() {
		return ob;
	}

	public void setOb(Object ob) {
		this.ob = ob;
	}

	public void showType() {
		System.out.println(ob.getClass().getName());
	}
}

public class SimpleGenDemo1 {
	public static void main(String[] args) {
		SimpleGen sg = new SimpleGen(new Integer(99));
		sg.showType();
		int i = (Integer) sg.getOb(); //强制类型转换,系统可能会抛一个ClassCastException异常信息
		System.out.println("value = " + i);
		SimpleGen sg2 = new SimpleGen("掌上洪城");
		sg2.showType();               //强制类型转换,系统可能会抛一个ClassCastException异常信息
		String str = (String) sg2.getOb();
		System.out.println("value = " + str);
	}
}
/* 输出结果为:
java.lang.Integer
value = 99
java.lang.String
value = 掌上洪城
*/

3、什么是元组类库,怎么用?

3.1、为什么使用元组tuple?

元组和列表list一样,都可能用于数据存储,包含多个数据;但是和列表不同的是:列表只能存储相同的数据类型,而元组不一样,它可以存储不同的数据类型,比如同时存储int、string、list等,并且可以根据需求无限扩展。

比如说在web应用中,经常会遇到一个问题就是数据分页问题,查询分页需要包含几点信息:当前页数、页大小;查询结果返回数据为:当前页的数据记录,但是如果需要在前台显示当前页、页大小、总页数等信息的时候,就必须有另外一个信息就是:数据记录总数,然后根据上面的信息进行计算得到总页数等信息。这个时候查询某一页信息的时候需要返回两个数据类型,一个是list(当前也的数据记录),一个是int(记录总数)。当然,完全可以在两个方法、两次数据库连接中得到这两个值。事实上在查询list的时候,已经通过sql查询得到总计录数,如果再开一个方法,再做一次数据库连接来查询总计录数,不免有点多此一举、浪费时间、浪费代码、浪费生命。言重了~在这种情况下,我们就可以利用二元组,在一次数据库连接中,得到总计录数、当前页记录,并存储到其中,简单明了!

3.2、代码实例

package Generics;

import java.util.Date;

class TwoTuple<A,B>{
	public final A first;
	public final B second;

	public TwoTuple(A a,B b){ //这里是括号,不是中括号
		first = a;
		second = b;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + ")";
	}
}

class ThreeTuple<A,B,C> extends TwoTuple<A,B>{
	private final C three;
	public ThreeTuple(A a,B b,C c){
		super(a,b);
		three = c;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";
	}
}
public class TupleTest {
	public static void main(String[] args) {
		TwoTuple<Integer,String> twoT = new TwoTuple<Integer,String>(99,"掌上洪城");
		System.out.println(twoT);
		System.out.println("======扩展元组类库后======");
		ThreeTuple<Integer,String,Date> threeT= new ThreeTuple<Integer,String,Date>(99,"掌上洪城",new Date());
		System.out.println(threeT);
	}
}
/*输出结果为:
 * (99,掌上洪城)
======扩展元组类库后======
(99,掌上洪城,Thu Apr 28 17:59:30 CST 2016)
 * */

4、怎么自定义泛型接口、泛型类?

4.1 java泛型接口、泛型类简介

泛型类中的类型参数几乎可以用于任何可以使用接口名、类名的地方,下面的代码示例展示了 JDK 5.0 中集合框架中的 Map 接口的定义的一部分:

public interface Map<K, V> {

public void put(K key, V value);

public V get(K key);

}

当声明或者实例化一个泛型的对象时,必须指定类型参数的值:

Map<String, String> map = newHashMap<String, String>();

对于常见的泛型模式,推荐的名称是:

 

K ——键,比如映射的键。

V ——值,比如 List 和 Set 的内容,或者 Map 中的值。

E ——异常类。

T ——泛型。

泛型不是协变的

 

关于泛型的混淆,一个常见的来源就是假设它们像数组一样是协变的。其实它们不是协变的。List<Object> 不是 List<String> 的父类型。

 

如果 A 扩展 B,那么 A 的数组也是 B 的数组,并且完全可以在需要 B[] 的地方使用 A[]:

 

Integer[] intArray = new Integer[10];

Number[] numberArray = intArray;

 

上面的代码是有效的,因为一个Integer 是 一个 Number,因而一个 Integer 数组是 一个 Number 数组。但是对于泛型来说则不然。下面的代码是无效的:

 

List<Integer> intList = newArrayList<Integer>();

List<Number> numberList = intList; //invalid

 

最初,大多数 Java 程序员觉得这缺少协变很烦人,或者甚至是“坏的(broken)”,但是之所以这样有一个很好的原因。如果可以将List<Integer> 赋给 List<Number>,下面的代码就会违背泛型应该提供的类型安全:

 

List<Integer> intList = newArrayList<Integer>();

List<Number> numberList = intList; //invalid

numberList.add(new Float(3.1415));

 

因为 intList 和 numberList 都是有别名的,如果允许的话,上面的代码就会让您将不是 Integers 的东西放进 intList 中。

4.2 代码实例

package Generics;

import java.util.Random;

interface Generator<T> {
	public T next();
}

class Coffee{
	public String toString(){
		return getClass().getSimpleName();
	}
}

class Mocha extends Coffee{}
class Cappuccino extends Coffee{}
class Breve extends Coffee{}
class Latte extends Coffee{}

class CoffeeGenerator implements Generator<Coffee>{ //T为Coffee
	private static Random rand = new Random(47);
	private Class[] types = {Latte.class, Mocha.class, Cappuccino.class, Breve.class};
	public Coffee next(){ //T为Coffee
		try {
			return (Coffee)
					types[rand.nextInt(types.length)].newInstance();
		} catch (Exception e) {
			throw new RuntimeException(e);
		} 
	}
}

public class InterfaceGenTest {
	public static void main(String[] args) {
		CoffeeGenerator gen = new CoffeeGenerator();
		for(int i=0; i<4; i++){
			System.out.println(gen.next());
		}
	}
}
/*Cappuccino
Mocha
Cappuccino
Latte*/

5 怎么自定义泛型方法。

5.1 泛型方法

       泛型方法使得该方法能独立于类而产生变化。以下是一个基本的指导原则:无论何时,只要你能做到,你就应该尽量使用泛型方法。也就是说,如果使用泛型方法可以取代将整个类泛型化,那么就应该只使用泛型方法,因为它可以使事情更清楚明白。另外,对于一个static的方法而言,无法访问泛型类的类型参数。所以,如果static方法需要使用泛型能力,就必须使其成为泛型方法。

       要定义泛型方法,只需将泛型参数列表置于返回值之前,就像下面这样:

5.2 代码示例

package Generics;

public class GenericMethods {
//当方法操作的引用数据类型不确定的时候,可以将泛型定义在方法上
	public <T> void f(T x){
		System.out.println(x.getClass().getName());
	}
	public static void main(String[] args) {
		GenericMethods gm = new GenericMethods();
		gm.f(99);
		gm.f("掌上洪城");
		gm.f(new Integer(99));
		gm.f(18.88);
		gm.f('a');
		gm.f(gm);
	}
}
/* 输出结果:
java.lang.Integer
java.lang.String
java.lang.Integer
java.lang.Double
java.lang.Character
Generics.GenericMethods
 */

5.3 可变参数与泛型方法

泛型方法与可变参数列表能很好地共存:

package Generics;

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

public class GenericVarargs {
	public static <T> List<T> makeList(T... args){
		List<T> result = new ArrayList<T>();
		for(T item:args)
			result.add(item);
		return result;		 
	}
	public static void main(String[] args) {
		List ls = makeList("A");
		System.out.println(ls);
		ls = makeList("A","B","C");
		System.out.println(ls);
		ls = makeList("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".split(""));
		System.out.println(ls);
	}
}
/*
[A]
[A, B, C]
[A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z]
*/

静态方法上的泛型:静态方法无法访问类上定义的泛型。如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候,必须要将泛型定义在方法上。

    public static<Q> void function(Q t) {

        System.out.println(“function:”+t);

    }

6、怎么构建复杂模型如list元组?

泛型的一个重要好处是能够简单而安全地创建复杂的模型。如List元组。

package Generics;

import java.util.ArrayList;

class ThreeTuple2<A,B,C>{
	public final A first;
	public final B second;
	private final C three;
	public ThreeTuple2(A a,B b,C c){
		first = a;
		second = b;
		three = c;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";
	}
}

public class TupleList<A,B,C> extends ArrayList<ThreeTuple2<A,B,C>> {
	static ThreeTuple2<Integer,String,Character> h(){
		return new ThreeTuple2<Integer,String,Character>(99,"掌上洪城",'a');
	}
	public static void main(String[] args) {
		TupleList<Integer,String,Character> ts = new TupleList<Integer,String,Character>();
		ts.add(h());
		ts.add(h());
		for(ThreeTuple2<Integer,String,Character> ttp:ts)
		System.out.println(ttp);		
	}
}
package Generics;

import java.util.ArrayList;

class ThreeTuple2<A,B,C>{
	public final A first;
	public final B second;
	private final C three;
	public ThreeTuple2(A a,B b,C c){
		first = a;
		second = b;
		three = c;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";
	}
}

public class TupleList<A,B,C> extends ArrayList<ThreeTuple2<A,B,C>> {
	static ThreeTuple2<Integer,String,Character> h(){
		return new ThreeTuple2<Integer,String,Character>(99,"掌上洪城",'a');
	}
	public static void main(String[] args) {
		TupleList<Integer,String,Character> ts = new TupleList<Integer,String,Character>();
		ts.add(h());
		ts.add(h());
		for(ThreeTuple2<Integer,String,Character> ttp:ts)
		System.out.println(ttp);		
	}
}
/* 输出结果为:
(99,掌上洪城,a)
(99,掌上洪城,a)
 */

7、泛型的擦除

7.1 代码实例:

package generics;

import java.util.*;

public class ErasedTypeEquivalence {
	public static void main(String[] args) {
		Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
		Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
		System.out.println(c1 == c2);
	}
} /*
	 * Output: true
	 */// :~

在泛型内部,无法获得任何有关泛型参数类型的信息。

ArrayList<String>和ArrayList<Integer>是相同的类型。

7.2 擦除的补偿

要想在表达式中使用类型,需要显式地传递类型的class对象。

package generics;
class Building {
}

class House extends Building {
}

public class ClassTypeCapture<T> {
	Class<T> kind;

	public ClassTypeCapture(Class<T> kind) {
		this.kind = kind;
	}

	public boolean f(Object arg) {
		return kind.isInstance(arg);
	}

	public static void main(String[] args) {
		ClassTypeCapture<Building> ctt1 = new ClassTypeCapture<Building>(Building.class);
		System.out.println(ctt1.f(new Building()));
		System.out.println(ctt1.f(new House()));
		ClassTypeCapture<House> ctt2 = new ClassTypeCapture<House>(House.class);
		System.out.println(ctt2.f(new Building()));
		System.out.println(ctt2.f(new House()));
	}
} /*
	 * Output: true true false true
	 */// :~

8、可以创建泛型数组吗?相应的应用场景怎么处理?

正如你在下面示例Erased.java中所见,不能创建泛型数组。一般的解决方案是任何想要创建泛型数组的地方都使用ArrayList:

package generics;

public class Erased<T> {
	private final int SIZE = 100;

	public static void f(Object arg) {
		if (arg instanceof T) {
		} // Cannot make a static reference to the non-static type T
		T var = new T(); // Error
		T[] array = new T[SIZE]; // Error
		T[] array = (T) new Object[SIZE]; // Unchecked warning
	}
} /// :~

使用ArrayList示例

package generics;

import java.util.*;

public class ListOfGenerics<T> {
	private List<T> array = new ArrayList<T>();

	public void add(T item) {
		array.add(item);
	}

	public T get(int index) {
		return array.get(index);
	}
} /// :~

9、泛型通配符‘?’怎么用?

可以解决当具体类型不确定的时候,这个通配符就是 ?  ;当操作类型时,不需要使用类型的具体功能时,只使用Object类中的功能。那么可以用 ? 通配符来表未知类型。

 

例如Class<?>classType = Class.forName(“java.lang.String”);

 

下面我们先看看这些程序:

//Code list 2

void TestGen0Medthod1(List l) {

 for (Object o: l)

System.out.println(o);

}

看看这个方法有没有异议,这个方法会通过编译的,假如你传入String,就是这样List<String>。

接着我们调用它,问题就出现了,我们将一个List<String>当作List传给了方法,JVM会给我们一个警告,说这个破坏了类型安全,因为从List中返回的都是Object类型的,而让我们再看看下面的方法。

//Code list 3

void TestGen0Medthod1(List<String> l) {

 for (Object o: l)

System.out.println(o);

}

因为这里的List<String>不是List<Object>的子类,不是String与Object的关系,就是说List<String>不隶属于list<Object>,他们不是继承关系,所以是不行的,这里的extends是表示限制的。

类型通配符是很神奇的,List<?>这个你能为他做什么呢?怎么都是“?”,它似乎不确定,他总不能返回一个?作为类型的数据吧,是啊他是不会返回一个“?”来问程序员的?JVM会做简单的思考的,看看代码吧,更直观些。

//code list 4

List<String> l1 = newArrayList<String>();

li.add(“String”);

List<?> l2 = l1;

System.out.println(l1.get(0));

这段代码没问题的,l1.get(0)将返回一个Object。

10、泛型限定(上限和下限)的表达式是怎样的?

上限:?extends E:可以接收E类型或者E的子类型对象。

下限:?super E:可以接收E类型或者E的父类型对象。

上限什么时候用:往集合中添加元素时,既可以添加E类型对象,又可以添加E的子类型对象。为什么?因为取的时候,E类型既可以接收E类对象,又可以接收E的子类型对象。

 

下限什么时候用:当从集合中获取元素进行操作的时候,可以用当前元素的类型接收,也可以用当前元素的父类型接收。

11、可以将基本类型作为泛型参数吗?

泛型的类型参数只能是类类型(包括自定义类),不能是简单类型(基本数据类型)。

12、什么时候用泛型?

当接口、类及方法中的操作的引用数据类型不确定的时候,以前用的Object来进行扩展的,现在可以用泛型来表示。这样可以避免强转的麻烦,而且将运行问题转移到的编译时期。

泛型的细节:

1)、泛型到底代表什么类型取决于调用者传入的类型,如果没传,默认是Object类型;

2)、使用带泛型的类创建对象时,等式两边指定的泛型必须一致;

    原因:编译器检查对象调用方法时只看变量,然而程序运行期间调用方法时就要考虑对象具体类型了;

3)、等式两边可以在任意一边使用泛型,在另一边不使用(考虑向后兼容);

ArrayList<String>al = new ArrayList<Object>();  //

//要保证左右两边的泛型具体类型一致就可以了,这样不容易出错。

ArrayList<?extends Object> al = new ArrayList<String>();

al.add(“aa”);  //

//因为集合具体对象中既可存储String,也可以存储Object的其他子类,所以添加具体的类型对象不合适,类型检查会出现安全问题。 ?extendsObject 代表Object的子类型不确定,怎么能添加具体类型的对象呢?

public static voidmethod(ArrayList<? extends Object> al) {

al.add(“abc”);  //

  //只能对al集合中的元素调用Object类中的方法,具体子类型的方法都不能用,因为子类型不确定。

13、Java类库中的泛型有那些?

所有的标准集合接口都是泛型化的—— Collection<V>、List<V>、Set<V> 和 Map<K,V>。类似地,集合接口的实现都是用相同类型参数泛型化的,所以HashMap<K,V> 实现 Map<K,V> 等。

除了集合类之外,Java 类库中还有几个其他的类也充当值的容器。这些类包括 WeakReference、SoftReference 和 ThreadLocal。

14、练习

做完这两个练习:

练习一:写一个使用泛型跟不使用泛型参数任意化的例子。代码略

练习二:修改ClassTypeCapture.java,添加一个Map<String,Class<?>>,一个addType(String typeName,Class<?>kind)方法和一个createNew()方法。createNew()将产生一个与其参数字符串关联的新实例,或者产生一条错误信息。

package Generics;

import java.util.*;
import static org.greggordon.tools.Print.*;

class Building {}
class House extends Building {}

public class ClassTypeCapture21<T> {
	Class<?> kind;
	Map<String, Class<?>> map;

	public ClassTypeCapture21(Class<?> kind) {
		this.kind = kind;
	}

	public ClassTypeCapture21(Class<?> kind, Map<String, Class<?>> map) {
		this.kind = kind;
		this.map = map;
	}

	public boolean f(Object arg) {
		return kind.isInstance(arg);
	}

	public void addType(String typename, Class<?> kind) {
		map.put(typename, kind);
	}

	public Object createNew(String typename) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
		if (map.containsKey(typename))
			return map.get(typename).newInstance();
		System.out.println(typename + " class not available");
		return null;
	}

	public static void main(String[] args) {
		ClassTypeCapture21<Building> ctt1 = new ClassTypeCapture21<Building>(Building.class);
		println(ctt1.f(new Building()));
		println(ctt1.f(new House()));
		ClassTypeCapture21<House> ctt2 = new ClassTypeCapture21<House>(House.class);
		println(ctt2.f(new Building()));
		println(ctt2.f(new House()));
		ClassTypeCapture21<Building> ct = new ClassTypeCapture21<Building>(Building.class,
				new HashMap<String, Class<?>>());
		ct.addType("House", House.class);
		ct.addType("Building", Building.class);
		println("ct.map = " + ct.map);
		try {
			Building b = (Building) ct.createNew("Building");
			House h = (House) ct.createNew("House");
			print("b.getClass().getName(): ");
			println(b.getClass().getName());
			print("h.getClass().getName(): ");
			println(h.getClass().getName());
			print("House h is instance House: ");
			println(h instanceof House);
			print("House h is instance of Building: ");
			println(h instanceof Building);
			print("Building b is instance of House: ");
			println(b instanceof House);
			ct.createNew("String"); // String class not available
		} catch (IllegalAccessException e) {
			println("IllegalAccessException in main");
		} catch (InstantiationException e) {
			println("InstantiationException in main");
		}
	}
}
/*
true
true
false
true
ct.map = {Building=class Generics.Building, House=class Generics.House}
b.getClass().getName(): Generics.Building
h.getClass().getName(): Generics.House
House h is instance House: true
House h is instance of Building: true
Building b is instance of House: false
String class not available
 */

15 参考资料

Java1.5泛型指南中文版(Java1.5 Generic Tutorial)

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