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聊一聊-JAVA 泛型中的通配符 T,E,K,V,?

前言

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,该机制允许开发者在编译时检测到非法的类型。

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。

泛型带来的好处

在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,这是本身就是一个安全隐患。

那么泛型的好处就是在编译的时候能够检查类型安全,并且所有的强制转换都是自动和隐式的。

public class GlmapperGeneric<T> {
		private T t;
    public void set(T t) { this.t = t; }
    public T get() { return t; }
  
    public static void main(String[] args) {
        // do nothing
    }

  /**
    * 不指定类型
    */
  public void noSpecifyType(){
    GlmapperGeneric glmapperGeneric = new GlmapperGeneric();
    glmapperGeneric.set("test");
    // 需要强制类型转换
    String test = (String) glmapperGeneric.get();
    System.out.println(test);
  }

  /**
    * 指定类型
    */
  public void specifyType(){
    GlmapperGeneric<String> glmapperGeneric = new GlmapperGeneric();
    glmapperGeneric.set("test");
    // 不需要强制类型转换
    String test = glmapperGeneric.get();
    System.out.println(test);
  }
}
复制代码

上面这段代码中的 specifyType 方法中 省去了强制转换,可以在编译时候检查类型安全,可以用在类,方法,接口上。

泛型中通配符

我们在定义泛型类,泛型方法,泛型接口的时候经常会碰见很多不同的通配符,比如 T,E,K,V 等等,这些通配符又都是什么意思呢?

常用的 T,E,K,V,?

本质上这些个都是通配符,没啥区别,只不过是编码时的一种约定俗成的东西。比如上述代码中的 T ,我们可以换成 A-Z 之间的任何一个 字母都可以,并不会影响程序的正常运行,但是如果换成其他的字母代替 T ,在可读性上可能会弱一些。通常情况下,T,E,K,V,? 是这样约定的:

  • ? 表示不确定的 java 类型
  • T (type) 表示具体的一个java类型
  • K V (key value) 分别代表java键值中的Key Value
  • E (element) 代表Element

无界通配符

先从一个小例子看起,原文在 这里 。

我有一个父类 Animal 和几个子类,如狗、猫等,现在我需要一个动物的列表,我的第一个想法是像这样的:

List<Animal> listAnimals
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但是老板的想法确实这样的:

List<? extends Animal> listAnimals
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为什么要使用通配符而不是简单的泛型呢?通配符其实在声明局部变量时是没有什么意义的,但是当你为一个方法声明一个参数时,它是非常重要的。

static int countLegs (List<? extends Animal > animals ) {
    int retVal = 0;
    for ( Animal animal : animals )
    {
        retVal += animal.countLegs();
    }
    return retVal;
}

static int countLegs1 (List< Animal > animals ){
    int retVal = 0;
    for ( Animal animal : animals )
    {
        retVal += animal.countLegs();
    }
    return retVal;
}

public static void main(String[] args) {
    List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
 	// 不会报错
    countLegs( dogs );
	// 报错
    countLegs1(dogs);
}
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当调用 countLegs1 时,就会飘红,提示的错误信息如下:

所以,对于不确定或者不关心实际要操作的类型,可以使用无限制通配符(尖括号里一个问号,即 <?> ),表示可以持有任何类型。像 countLegs 方法中,限定了上届,但是不关心具体类型是什么,所以对于传入的 Animal 的所有子类都可以支持,并且不会报错。而 countLegs1 就不行。

上界通配符 < ? extends E>

上届:用 extends 关键字声明,表示参数化的类型可能是所指定的类型,或者是此类型的子类。

在类型参数中使用 extends 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的子类,这样有两个好处:

  • 如果传入的类型不是 E 或者 E 的子类,编译不成功
  • 泛型中可以使用 E 的方法,要不然还得强转成 E 才能使用
private <K extends A, E extends B> E test(K arg1, E arg2){
    E result = arg2;
    arg2.compareTo(arg1);
    //.....
    return result;
}
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类型参数列表中如果有多个类型参数上限,用逗号分开

下界通配符 < ? super E>

下界: 用 super 进行声明,表示参数化的类型可能是所指定的类型,或者是此类型的父类型,直至 Object

在类型参数中使用 super 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的父类。

private <T> void test(List<? super T> dst, List<T> src){
    for (T t : src) {
        dst.add(t);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
    List<Animal> animals = new ArrayList<>();
    new Test3().test(animals,dogs);
}
// Dog 是 Animal 的子类
class Dog extends Animal {

}
复制代码

dst 类型 “大于等于” src 的类型,这里的“大于等于”是指 dst 表示的范围比 src 要大,因此装得下 dst 的容器也就能装 src 。

? 和 T 的区别

?和 T 都表示不确定的类型,区别在于我们可以对 T 进行操作,但是对 ? 不行,比如如下这种 :

// 可以
T t = operate();

// 不可以
? car = operate();
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简单总结下:

T 是一个 确定的 类型,通常用于泛型类和泛型方法的定义,?是一个 不确定 的类型,通常用于泛型方法的调用代码和形参,不能用于定义类和泛型方法。

区别1:通过 T 来 确保 泛型参数的一致性

// 通过 T 来 确保 泛型参数的一致性
public <T extends Number> void
test(List<T> dest, List<T> src)

//通配符是 不确定的,所以这个方法不能保证两个 List 具有相同的元素类型
public void
test(List<? extends Number> dest, List<? extends Number> src)
复制代码

像下面的代码中,约定的 T 是 Number 的子类才可以,但是申明时是用的 String ,所以就会飘红报错。

不能保证两个 List 具有相同的元素类型的情况

GlmapperGeneric<String> glmapperGeneric = new GlmapperGeneric<>();
List<String> dest = new ArrayList<>();
List<Number> src = new ArrayList<>();
glmapperGeneric.testNon(dest,src);
复制代码

上面的代码在编译器并不会报错,但是当进入到 testNon 方法内部操作时(比如赋值),对于 dest 和 src 而言,就还是需要进行类型转换。

区别2:类型参数可以多重限定而通配符不行

使用 & 符号设定多重边界(Multi Bounds),指定泛型类型 T 必须是 MultiLimitInterfaceA 和 MultiLimitInterfaceB 的共有子类型,此时变量 t 就具有了所有限定的方法和属性。对于通配符来说,因为它不是一个确定的类型,所以不能进行多重限定。

区别3:通配符可以使用超类限定而类型参数不行

类型参数 T 只具有 一种 类型限定方式:

T extends A
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但是通配符 ? 可以进行 两种限定:

? extends A
? super A
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Class<T>Class<?> 区别

前面介绍了 ? 和 T 的区别,那么对于,Class<T><Class<?> 又有什么区别呢?
Class<T>Class<?>

最常见的是在反射场景下的使用,这里以用一段发射的代码来说明下。

// 通过反射的方式生成  multiLimit 
// 对象,这里比较明显的是,我们需要使用强制类型转换
MultiLimit multiLimit = (MultiLimit)
Class.forName("com.glmapper.bridge.boot.generic.MultiLimit").newInstance();
复制代码

对于上述代码,在运行期,如果反射的类型不是 MultiLimit 类,那么一定会报 java.lang.ClassCastException 错误。

对于这种情况,则可以使用下面的代码来代替,使得在在编译期就能直接 检查到类型的问题:

Class<T> 在实例化的时候,T 要替换成具体类。Class<?> 它是个通配泛型,? 可以代表任何类型,所以主要用于声明时的限制情况。比如,我们可以这样做申明:

// 可以
public Class<?> clazz;
// 不可以,因为 T 需要指定类型
public Class<T> clazzT;
复制代码

所以当不知道定声明什么类型的 Class 的时候可以定义一 个Class<?>。

那如果也想 public Class<T> clazzT; 这样的话,就必须让当前的类也指定 T ,

public class Test3<T> {
    public Class<?> clazz;
    // 不会报错
    public Class<T> clazzT;
复制代码

小结

本文零碎整理了下 JAVA 泛型中的一些点,不是很全,仅供参考。如果文中有不当的地方,欢迎指正。

参考

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