泛型进阶-Java

news2024/9/27 7:24:45

文章目录

  • 一、泛型的定义和引出
    • 1.1 定义
    • 1.2 引出泛型
  • 二、泛型类使用
    • 2.1 语法
    • 2.2 示例
    • 2.3 类型推导
    • 三、裸类型（了解）
  • 四、泛型编译原理
    • 4.1 擦除机制
    • 4.2 为什么不能实例化泛型类数组
  • 五、泛型上界
    • 5.1 语法
    • 5.2 示例
    • 5.3 复杂示例
  • 六、泛型方法
    • 6.1 定义语法
    • 6.2 示例
    • 6.3 使用实例-可以类型推导
    • 6.4 使用实例-不可以类型推导
  • 七、通配符
    • 7.1 通配符解决什么问题
    • 7.2 通配符上界
    • 7.3 通配符下界

一、泛型的定义和引出

1.1 定义

一般的类和方法，只能使用具体的类型: 要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大，泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现参数化。

1.2 引出泛型

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。
思路：

  1. 以前用的数组，只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; String[] strs = new String[10];
  2. 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 Test{
   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);
   }
}

以上代码实现后发现：

  1. 任何类型数据都可以存放
  2. 1号下标本身就是字符串，但编译报错，必须进行强制类型转换
    在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但更多情况下，还是希望它只能够持有一种数据类型，而不是同时持有许多类型。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，就传什么类型。
    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
}

对上述代码进行改写：

class MyArray<T> {
   public T[] array = (T[])new Object[10];//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<>();
        myArray.setVal(0,10);
        myArray.setVal(1,9);
        int ret = myArray.getPos(0);//10
        System.out.println(ret);
        //myArray.setVal(3,"hello");编译报错
   }
}

解释：

  1. 类名后的 代表占位符，表示当前类是一个泛型类规范 。类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有
    在这里插入图片描述
  2. 不能new泛型类型的数组

T[] ts = new T[5];//编译报错

  1. 在使用泛型类型时加入 指定当前元素类型
  2. 编译器会在存放元素时进行类型检查，若不是要存放类型，会编译报错

二、泛型类使用

2.1 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

2.2 示例

MyArray list = new MyArray();

泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类

2.3 类型推导

编译器可以根据上下文推导出类型实参，可以省略类型实参的填写

MyArray list = new MyArray<>(); // 推导出实例化的类型实参为 Integer

总结:

  1. 泛型是将数据类型参数化，进行传递
  2. 使用 表示当前类是一个泛型类。
  3. 泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换

三、裸类型（了解）

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如

MyArray list = new MyArray();//MyArrayList 就是一个裸类型

不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制

四、泛型编译原理

4.1 擦除机制

泛型到底是怎么编译的？
通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object
在这里插入图片描述
擦除机制:在编译的过程当中，将所有的T替换为Object。
Java的泛型机制在编译级别实现。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。
提出问题：
1、那为什么，T[] ts = new T[5]; 不对，编译时替换为Object，不是相当于：Object[] ts = new
Object[5]吗？
2、类型擦除，一定是把T变成Object吗？

4.2 为什么不能实例化泛型类数组

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){
        array[pos] = val;
    }

    public T[] getArray() {
        return array;
    }
}
public static void main(String[] args) {
     MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();
     Integer[] arr = myArray.getArray();
}

运行时报错：
在这里插入图片描述
原因：替换后的方法为：将Object[]分配给Integer[]引用

public Object[] getArray() {
   return array;
}

通俗讲就是：返回的Object数组里，可能存放的是任何数据类型，可能是String，可能是Person，运行时直接转给Integer类型数组，编译器认为是不安全的。
正确方式（了解）：

public class MyArray<T> {
    public T[] array;
    public MyArray(){

    }

    /**
     * 使用反射创建指定类型数组
     * @param tclass
     * @param capacity
     */
    public MyArray(Class<T> tclass,int capacity){
        array = (T[]) Array.newInstance(tclass,capacity);
    }

    public T getPos(int pos){
        return this.array[pos];
    }
    public void  setVal(int pos,T val){
        array[pos] = val;
    }

    public T[] getArray() {
        return array;
    }

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

五、泛型上界

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

5.1 语法

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

5.2 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> list1; // 正常， Integer 是 Number 的子类型
MyArray<String> list2; // 编译错误，String 不是 Number 的子类型

没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

5.3 复杂示例

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

E必须实现Comparable接口

六、泛型方法

6.1 定义语法

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

6.2 示例

public class FuncText {
	//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;
	}
}

6.3 使用实例-可以类型推导

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

6.4 使用实例-不可以类型推导

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

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

七、通配符

? 用于在泛型的使用，即为通配符

7.1 通配符解决什么问题

解决可以接收所有泛型类型，但又不让用户随意更改的问题

class Message<T> {
	private T message ;
	public T getMessage() {
		return message;
	}
	public void setMessage(T message) {
		this.message = message;
	}
}
public class Test{
	public static void main(String[] args) {
		Message<String> message = new Message<>() ;
		message.setMessage("hello world");
		fun(message);
	}
	public static void fun(Message<String> temp){
		System.out.println(temp.getMessage());
	}
}

以上程序会带来新的问题，如果现在泛型的类型设置的不是String，而是Integer

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Message<Integer> message = new Message() ;
		message.setMessage(99);
		fun(message); // 出现错误，只能接收String
	}
	public static void fun(Message<String> temp){
		System.out.println(temp.getMessage());
	}
}

需要的解决方案：可以接收所有的泛型类型，但又不能让用户随意修改,这种情况就需要**使用通配符"?"**来处理。

public class TestDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Message<Integer> message = new Message() ;
		message.setMessage(55);
		fun(message);
	}
	// 使用通配符"?"描述它可以接收任意类型，但由于不确定类型，所以无法修改
	public static void fun(Message<?> temp){
		//temp.setMessage(100); 无法修改！
		System.out.println(temp.getMessage());
	}
}

在"?"的基础上又产生了两个子通配符：
在这里插入图片描述

7.2 通配符上界

语法：

<? extends 上界>
<? extends Number>//可以传入实参类型是Number或者Number的子类

class Food {

}
class Fruit extends Food {

}
class Apple extends Fruit {

}
class Banana extends Fruit {

}
class Message<T> { // 设置泛型
    private T message ;
    public T getMessage() {
        return message;
    }
    public void setMessage(T message) {
        this.message = message;
    }
}
public class Text {
    public static void main(String[] args) {
        Message<Banana> message = new Message<>() ;
        message.setMessage(new Banana());
        fun(message);
    }
    // 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型，但是由于不确定子类类型，所以无法修改
    public static void fun(Message<? extends Fruit> temp){
        //temp.setMessage(new Banana()); //仍然无法修改
        Fruit fruit = temp.getMessage();//可以接收读取的数据
        System.out.println(fruit);
    }
}

此时无法在fun函数中对temp进行添加元素，因为temp接收的是Fruit和他的子类，此时存储的元素应该是哪个子类无法确定，所以添加会报错，但是可以获取元素。
通配符的上界，不能写入数据，只能(接收)读取数据。

7.3 通配符下界

语法：

<? super 下界>
<? super Integer>//代表 可以传入实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

class Food {

}
class Fruit extends Food {

}
class Apple extends Fruit {

}
class Banana extends Fruit {

}
class Plate<T> {
    private T plate ;
    public T getPlate() {
        return plate;
    }
    public void setPlate(T plate) {
        this.plate = plate;
    }
}
public class Text {
    public static void main(String[] args) {
        Plate<Fruit> plate1 = new Plate<>();
        plate1.setPlate(new Apple());
        func(plate1);

    }
    public static void func(Plate<? super Fruit> tmp){
        // 此时可以修改，添加Fruit 或者Fruit的子类
        tmp.setPlate(new Apple());//添加Fruit的子类
        tmp.setPlate(new Fruit());//添加Fruit类
        //Fruit fruit = tmp.getPlate();不能接收，无法确定是哪个父类
        System.out.println(tmp.getPlate());//只能直接输出
    }
}

通配符的下界，不能接收读取的数据，只能写入数据。

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