java 泛型详解

对java的泛型特性的了解仅限于表面的浅浅一层,直到在学习设计模式时发现有不了解的用法,才想起详细的记录一下。
本文参考java 泛型详解、Java中的泛型方法、 java泛型详解

1. 概述

泛型在java中有很重要的地位,在面向对象编程及各种设计模式中有非常广泛的应用。

什么是泛型?为什么要使用泛型?

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)。

泛型的本质是为了参数化类型(在不创建新的类型的情况下,通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型)。也就是说在泛型使用过程中,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、接口和方法中,分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

2. 一个栗子

一个被举了无数次的例子:

毫无疑问,程序的运行结果会以崩溃结束:

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String

ArrayList可以存放任意类型,例子中添加了一个String类型,添加了一个Integer类型,再使用时都以String的方式使用,因此程序崩溃了。为了解决类似这样的问题(在编译阶段就可以解决),泛型应运而生。

我们将第一行声明初始化list的代码更改一下,编译器会在编译阶段就能够帮我们发现类似这样的问题。

3. 特性

泛型只在编译阶段有效。看下面的代码:

输出结果:D/泛型测试: 类型相同。

通过上面的例子可以证明,在编译之后程序会采取去泛型化的措施。也就是说Java中的泛型,只在编译阶段有效。在编译过程中,正确检验泛型结果后,会将泛型的相关信息擦出,并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换的方法。也就是说,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。

4. 泛型的使用

泛型有三种使用方式,分别为:泛型类、泛型接口、泛型方法。

4.1 泛型类
泛型类型用于类的定义中,被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类,如:List、Set、Map。

泛型类的最基本写法(这么看可能会有点晕,会在下面的例子中详解):

一个最普通的泛型类:

定义的泛型类,就一定要传入泛型类型实参么?并不是这样,在使用泛型的时候如果传入泛型实参,则会根据传入的泛型实参做相应的限制,此时泛型才会起到本应起到的限制作用。如果不传入泛型类型实参的话,在泛型类中使用泛型的方法或成员变量定义的类型可以为任何的类型。

看一个例子:

注意:
泛型的类型参数只能是类类型,不能是简单类型。
不能对确切的泛型类型使用instanceof操作。如下面的操作是非法的,编译时会出错。

4.2 泛型接口
泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同。泛型接口常被用在各种类的生产器中,可以看一个例子:

当实现泛型接口的类,未传入泛型实参时:

当实现泛型接口的类,传入泛型实参时:

4.3 泛型通配符
我们知道Ingeter是Number的一个子类,同时在特性章节中我们也验证过Generic与Generic实际上是相同的一种基本类型。那么问题来了,在使用Generic作为形参的方法中,能否使用Generic的实例传入呢?在逻辑上类似于Generic和Generic是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢?

为了弄清楚这个问题,我们使用Generic这个泛型类继续看下面的例子:

通过提示信息我们可以看到Generic不能被看作为`Generic的子类。由此可以看出:同一种泛型可以对应多个版本(因为参数类型是不确定的),不同版本的泛型类实例是不兼容的。

回到上面的例子,如何解决上面的问题?总不能为了定义一个新的方法来处理Generic类型的类,这显然与java中的多台理念相违背。因此我们需要一个在逻辑上可以表示同时是Generic和Generic父类的引用类型。由此类型通配符应运而生。

我们可以将上面的方法改一下:

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 。重要说三遍!此处’?’是类型实参,而不是类型形参 ! 此处’?’是类型实参,而不是类型形参 !再直白点的意思就是,此处的?和Number、String、Integer一样都是一种实际的类型,可以把?看成所有类型的父类。是一种真实的类型。

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。

4.4 泛型方法
在java中,泛型类的定义非常简单,但是泛型方法就比较复杂了。

尤其是我们见到的大多数泛型类中的成员方法也都使用了泛型,有的甚至泛型类中也包含着泛型方法,这样在初学者中非常容易将泛型方法理解错了。

泛型类,是在实例化类的时候指明泛型的具体类型;泛型方法,是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。