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【java】泛型介绍

时间:2023-07-30
概念

Java 泛型(generics)是 JDK 5 中引入的一个新特性,泛型提供了编译时类型安全检测机制。

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。

java 中泛型标记符

E - Element (在集合中使用,因为集合中存放的是元素)T - Type(Java 类)K - Key(键)V - Value(值)N - Number(数值类型)? - 通配符,表示不确定的 java 类型

先来看看不使用泛型的例子:

public class GenericTest {public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();Cat cat = new Cat();Dog dog = new Dog();list.add(cat);list.add(dog);Iterator iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {// 通过Iterator取出的每一项都是object类型,下面语法是错误的// Animal a = iterator.next(); // Type mismatch: cannot convert from Object to// Animal// 需要向下转型,获取Animal类Animal a = (Animal) iterator.next();// 判断是Cat还是Dog类的实例并调用相应方法if (a instanceof Cat) {((Cat) a).catCall();} else {((Dog) a).dogCall();}}}}class Animal {public void call() {System.out.println("动物的叫声~");}}class Cat extends Animal {public void catCall() {System.out.println("喵喵喵~");}}class Dog extends Animal {public void dogCall() {System.out.println("汪汪汪~");}}

使用泛型后的代码:

public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();Cat cat = new Cat();Dog dog = new Dog();list.add(cat);list.add(dog);Iterator iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {Animal a = iterator.next();if (a instanceof Cat) {((Cat) a).catCall();} else {((Dog) a).dogCall();}}}

Tips:‘<>’钻石语法,自动检测类型。即这样写也可以 List list = new ArrayList<>();

(推荐)引用与具体实例的泛型是保持一致。

使用泛型List,表示此集合中就只能存放Animal类型的数据了,起到了统一集合中元素的数据类型的作用。如果试图存储非Animal类型(及其子类),程序会在编译期间报错。

有界的类型参数

目的是限制那些被允许传递到一个类型参数的类型种类范围。例如,一个操作数字的方法可能只希望接受Number或者Number子类的实例。要声明一个有界的类型参数,首先列出类型参数的名称,后跟extends/super关键字,最后紧跟它的上界/下界。

上界:<? extends T> ,该list只能获取(get)元素,不能添加(add)元素下界:<? super T> , 该list只能添加(add)元素,不能获取(get)元素

PECS原则

全称 Producter Extends, Consumer Super,即 供应者使用 Extends,消费者使用 Super。

示例代码中有如下继承关系,以便理解:

class Food { }class Fruit extends Food {}class Banana extends Fruit {}class Apple extends Fruit {}class RedApple extends Apple {}class Green extends Apple {}

 没有泛型上下界的问题

泛型的上界通配符<? extends T>

//Apple是Fruit的子类,语法正确Fruit apple = new Apple();//Type mismatch: cannot convert from ArrayList to ListList apple2 = new ArrayList(); // 编译报错

显然ArrayList与List之间不存在继承引用关系。这时候,就需要上下界的帮助了。例如使用上界通配符 ? extends Fruit,就能解决问题。

List<? extends Fruit> apple2 = new ArrayList();

那么这个怎么来理解呢?在上面的例子中,? extends Fruit代表任何继承了Fruit的子类(包含Fruit本身),都可以装进去(如下图)。

上界通配符的特点

只能取,不能存!

怎么个说法呢?先说“只能取”,这个很好理解,集合中都是Fruit的子类,那么取出来的元素必然都能用Fruit来进行引用。

测试代码:

List appleList = new ArrayList<>(); List bananaList = new ArrayList<>(); appleList.add(new Apple()); bananaList.add(new Banana()); List<? extends Fruit> plate1 = appleList; Fruit f1 = plate1.get(0); List<? extends Fruit> plate2 = bananaList; Fruit f2 = plate2.get(0); // com.camphor.Apple,com.camphor.Banana System.out.printf("%s,%s", f1.getClass().getName(), f2.getClass().getName());

“不能存”又该如何理解呢?往下慢慢看,你就知道了。

List appleList = new ArrayList<>(); appleList.add(new Apple()); List<? extends Fruit> plate1 = appleList; plate1.add(new Apple()); // 报错!

eclipse里报错信息,显示确实不让添加:

这就很奇怪了,list里全都是Fruit子类吗?那我们向list添加它的子类(Apple)为什么不行?

我们重新捋一捋,首先plate1引用的是appleList,而这个appleList中的泛型限定上界为Apple,那这也就意味着plate1的泛型也该是Apple,我们向其中添加Apple元素(RedApple和GreenApple)都没有问题,它们都能转为Apple类型(向上转型)。

回过头来看,虽说 <? extends Fruit>,它表示的是任何继承了Fruit的子类,没问题吧,照这么说添加Banana应该也可以啊,但是不行!别忘了,我们已经将plate的指向到了appList,而appleList规定了泛型是Apple。如果向其中添加Banana,它能转换成Apple吗?答案是否定的。

为了保证绝对安全,限制了上界不能进行添加元素,以免发生转型失败的问题。

附:一种同时能容纳Apple和Banana两种水果的盘子。

List<? extends Fruit> plate3 = Arrays.asList(new Apple(), new Banana()); Fruit apple = plate3.get(0); Fruit banana = plate3.get(1); System.out.printf("%s,%s", apple.getClass().getName(), banana.getClass().getName());

 泛型的下界通配符<? super T>

以? super Fruit为例,它代表的就是任何Fruit的父类及其Fruit本身(共同的祖先Object)。

 下界通配符的特点

“只能存,不能取”,其实倒也不是绝对不能取,只是为了区分上下界,让它们的特点完全相反,都把下界的特点都写成了不能取。在代码中实践是能取出来,只不过会使其中的元素类型失效,取出来的元素类型都是Object。

如下代码解释了“能存”:

// 定义了一个plate,下界为 <? super Apple> List<? super Apple> plate = new ArrayList<>(); plate.add(new Apple()); plate.add(new RedApple()); plate.add(new GreenApple());

以上代码能正常编译运行,那既然是Apple类型的任何父类,试着往其中添加Fruit,Food。

 居然报错了?!

 这不由得又绕回上面提到的“绝对安全”,会不会还出现上文中转型失败的情况?虽然说添加Apple,Fruit和Food类型都在下界范围内,但是谁能保证你就是添加的这几个类型的元素呢?比如上图我向其中添加Banana,它肯定会出问题的。

那为什么又让添加Apple及其子类呢,因为它绝对安全,它们都可以安全的转型成Apple类(向上转型),根本不会出啥毛病,所以是可以添加的。下界通配符“能存”元素就是这种体现。

附:什么叫“其实也能取”。

因为? super Apple这个范围太大了,无法准确知道你拿出来是具体什么类型,只能用最高的Object来进行引用,导致其中元素类型失效了。

 参考:“界限”带来的灵活性 —— Java泛型的上下界

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