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java 泛型全解 - 绝对最详细

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。
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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));
        }
    }
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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));
        }
    }
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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,...> {
    
}
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  • 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) {
    
}
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  • 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  
  }  
};
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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> {
    
}
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  • 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") ;
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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E
public 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E
public 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) {
   .......................
   }
}
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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);
    }
    
}
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使用:

public static void main(String[] args) {
    new Person(22);// 隐式
    new <String> Person("hello");//显示
}
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  • 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);
        }
    }
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    正确用法:

    public static void main(String[] args) {
        Person<String> person = new Person("sss");
    }
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    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>
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  • 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>();
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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>   
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  • 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>();
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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
    }
}
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  • 输出结果:
true
java.util.ArrayList
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  • 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,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){

    }
}
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  • 输出结果:
java.util.Map<java.lang.Integer, java.lang.String>
interface java.util.Map
class java.lang.Integer
class java.lang.String
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  • 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));
	}

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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) {

    }
}
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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) {

    }
}
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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

}
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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) {

    }
}
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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;
    }
}
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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 答案链接

参考:

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