【数据结构】泛型

news2024/12/23 18:22:46

⭐ 作者：小胡_不糊涂
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泛型

  • 1. 包装类
    • 1.1 基本数据类型和对应的包装类
    • 1.2 装箱和拆箱
    • 1.3 自动装箱和拆箱
  • 2. 什么是泛型
    • 2.1 语法
  • 3. 泛型类的使用
  • 4. 泛型如何编译
    • 4.1 擦除机制
    • 4.2 为什么不能实例化泛型类型数组
  • 5. 泛型的上界
  • 6. 泛型方法

在这里插入图片描述

1. 包装类

在Java中，由于基本类型不是继承自Object，为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了
一个包装类型。

1.1 基本数据类型和对应的包装类

基本数据类型包装类
byteByte
shortShort
intInteger
longLong
floatFloat
doubleDouble
charCharacter
booleanBoolean

除了 Integer 和 Character，其余基本类型的包装类都是首字母大写。

1.2 装箱和拆箱

int i = 10;

// 装箱操作，新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
Integer ii = Integer.valueOf(i);
Integer ij = new Integer(i);

// 拆箱操作，将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中
int j = ii.intValue();

1.3 自动装箱和拆箱

可以看到在使用过程中，装箱和拆箱带来不少的代码量，所以为了减少开发者的负担，java 提供了自动机制。

int i = 10;

Integer ii = i; // 自动装箱
Integer ij = (Integer)i; // 自动装箱

int j = ii; // 自动拆箱
int k = (int)ii; // 自动拆箱

有奖竞答：下列代码输出什么，为什么？

public static void main(String[] args) {
	Integer a = 127;
	Integer b = 127;
	Integer c = 128;
	Integer d = 128;
	System.out.println(a == b);
	System.out.println(c == d);
}

先看一下 Integer 的源码，可以知道被 Integer 修饰的变量取值范围是 -128~127。
在这里插入图片描述
所以，答案应该是：

在这里插入图片描述

2. 什么是泛型

泛型： 就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化。

首先解决这样一个问题：
实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值？

按照我们之前的想法是使用数组，但数组只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; String[] strs = newString[10];
而且所有类的父类，默认为Object类。数组是否可以创建为Object?

class MyArray {
    public Object[] array = new Object[10];
    public Object getPos(int pos) {
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,Object val) {
        this.array[pos] = val;
    }
}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray myArray = new MyArray();
        myArray.setVal(0,10);
        myArray.setVal(1,"hello");//字符串也可以存放
        String ret = myArray.getPos(1);//编译报错
        System.out.println(ret);
    }
}

在这里插入图片描述
上述代码中，虽然在 myArray 中任何类型的数据都可以存放，而且1号下标的元素是String类型的，但仍编译报错，此处必须进行强制类型转换。

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。

所以，泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型。

2.1 语法

class 泛型类名称<类型形参列表> {
	// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
}
	class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
	// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
	// 可以只使用部分类型参数
}

将上述代码进行改写如下：

class MyArray<T> {
	public T[] array = (T[])new Object[10];//注释1
	public T getPos(int pos) {
	return this.array[pos];
	}
	public void setVal(int pos,T val) {
	this.array[pos] = val;
	}
}

public class TestDemo {
	public static void main(String[] args) {
		MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//注释2
		myArray.setVal(0,10);
		myArray.setVal(1,12);
		int ret = myArray.getPos(1);//注释3
		System.out.println(ret);
		myArray.setVal(2,"hello");//注释4
	}
}

代码解释：

  1. 类名后的 代表占位符，表示当前类是一个泛型类。

类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

E 表示 Element
K 表示 Key
V 表示 Value
N 表示 Number
T 表示 Type
S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

  1. 上面代码注释1处，不能new泛型类型的数组。

比如下面的语句就是不对的：

T[] ts = new T[5];//error
  1. 注释2处，类型后加入 <Integer> 指定当前类型。
  2. 注释3处，不需要进行强制类型转换。
  3. 注释4处，代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查。

3. 泛型类的使用

语法：

泛型类<类型实参> 变量名; // 定义一个泛型类引用
new 泛型类<类型实参>(构造方法实参); // 实例化一个泛型类对象

示例：

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为Integer

🍩泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

4. 泛型如何编译

4.1 擦除机制

通过cmd窗口的命令：javap -c 查看字节码文件，可见所有的T都是Object。

在这里插入图片描述
在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：擦除机制。
Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

4.2 为什么不能实例化泛型类型数组

先看一段代码：

class MyArray<T> {
	public T[] array = (T[])new Object[10];
	public T getPos(int pos) {
		return this.array[pos];
	}
	public void setVal(int pos,T val) {
		this.array[pos] = val;
	}
	public T[] getArray() {
		return array;
	}
}

public static void main(String[] args) {
	MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
	Integer[] strings = myArray1.getArray();
}

/*
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
at TestDemo.main(TestDemo.java:31)
*/

报错原因：替换后的方法为：将Object[]分配给Integer[]引用，程序报错。
在getArray()返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Integer类型的数组，编译器认为是不安全的

将上述代码修改为：

class MyArray<T> {
	public T[] array;
	public MyArray() {
	}
	
	/**
	* 通过反射创建，指定类型的数组
	* @param clazz
	* @param capacity
	*/
	public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {
		array = (T[])Array.newInstance(clazz, capacity);
	}
	public T getPos(int pos) {
		return this.array[pos];
	}
	public void setVal(int pos,T val) {
		this.array[pos] = val;
	}
	public T[] getArray() {
		return array;
	}
}

public static void main(String[] args) {
	MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);
	Integer[] integers = myArray1.getArray();
}

5. 泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。
语法：

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
	...
}

示例：

public class MyArray<E extends Number> {
	...
}

🍩只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参

MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

🍩没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

复杂示例：

public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
	...
}

🍩E必须是实现了Comparable接口的

6. 泛型方法

语法：

方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) { ... }

示例1：

public class Util {
	//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
	public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
		E t = array[i];
		array[i] = array[j];
		array[j] = t;
	}
}

示例2：可以类型推导

Integer[] a = { ... };
swap(a, 0, 9);

String[] b = { ... };
swap(b, 0, 9);

示例3：不使用类型推导

Integer[] a = { ... };
Util.<Integer>swap(a, 0, 9);

String[] b = { ... };
Util.<String>swap(b, 0, 9);

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