Java泛型：灵活多变的类型参数化工具

news2024/11/20 3:27:18

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一、泛型

1、什么是泛型

在传统的编程方法中，类和方法通常被限定为使用特定的类型。这些类型可能是基础的数据类型（如整数、字符等），或者是由程序员自己定义的复杂类型。这种方式在处理单一类型数据时很有效，但当我们需要编写更加灵活、能够适用于多种数据类型的代码时，这种严格的类型限制就变成了一个约束。

泛型，就是为了解决这种限制而生的。简单来说，泛型可以理解为一种“类型模板”，它允许程序员编写的代码能够适应不同的数据类型，而不必为每种可能的数据类型都编写一个新版本。

泛型的厉害之处，就在于它的灵活性和重用性。你可以写一个泛型方法或类，然后在需要的时候用具体的类型去实例化它，比如整数、字符串或者是你自定义的任何类型。这样，你就可以用同一套代码处理不同类型的数据，极大地提高了代码的通用性和可维护性。

2、泛型的语法

泛型的基本语法主要包括以下几个方面：

泛型类和接口：
- 在类或接口后面加上<T>来声明一个泛型类或接口。
- T是类型参数，代表一种未指定的类型。在实例化类或接口时，你可以用具体的类型替换它。
- 示例：
```
public class Box<T> {
    private T t;

    public void set(T t) {
        this.t = t;
    }

    public T get() {
        return t;
    }
}
```
这个例子中，Box类可以用任何类型的对象来实例化，例如Box<Integer>或Box<String>。
泛型方法：
- 泛型方法可以定义在普通类中，也可以定义在泛型类中。
- 在方法返回类型之前使用<T>来声明一个泛型方法。
- 示例：
```
public <T> T genericMethod(T t) {
    return t;
}
```
这个方法可以接受任何类型的参数，并返回相同类型的对象。
类型通配符：
- 使用?表示未知类型，通常用在参数、字段、局部变量上，以及泛型方法的返回类型上。
- 示例：
```
public void processElements(List<?> elements) {
    for (Object e : elements) {
        // 处理e
    }
}
```
List<?>可以接受任何类型的List。

限定的类型参数：

你可以限制类型参数可以接受的类型范围。
使用extends关键字来限定类型参数的上界（即它必须是特定类或接口的子类型）。

示例：

public <T extends Number> double sum(List<T> numbers) {
    double sum = 0.0;
    for (Number n : numbers) {
        sum += n.doubleValue();
    }
    return sum;
}

这个方法只接受Number类型或其子类的List。

泛型存在的意义：

在编译的时候，帮我们进行类型的检查。
在编译的时候，帮我们进行类型的转换。

二、泛型类的使用

1、泛型类的语法

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

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

注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

2、泛型如何编译的

2.1、擦除机制

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在编译时，Java编译器将所有的泛型类型参数替换掉，这个过程就是类型擦除。

泛型类型参数被替换为它们的边界或者Object。
如果类型参数是有界的（<T extends Number>），编译器将类型参数替换为它的第一个边界。
如果类型参数是无界的（<T>），编译器将类型参数替换为Object。

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。

2.2、为什么不能实例化泛型类型数组

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) {
        this.array[pos] = val;
    }
    public T[] getArray() {
        return array;
    }
}

public class demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
        Integer[] strings = myArray1.getArray();
    }
}

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由于类型擦除的原因，不能直接创建一个泛型数组。类型擦除会将泛型类型参数T替换为Object，这导致了类型不匹配，从而在运行时抛出ClassCastException。

3、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) { ... }

例子：写一个泛型方法，用于交换数组中两个元素的位置：

public class GenericMethodTest {
    // 泛型方法 printArray
    public static < E > void printArray( E[] inputArray ) {
        for(E element : inputArray) {
            System.out.printf("%s ", element);
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String args[]) {
        // 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character
        Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        Double[] doubleArray = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 };
        Character[] charArray = { 'H', 'E', 'L', 'L', 'O' };

        System.out.println("整型数组元素为:");
        printArray(intArray);   // 传递一个整型数组

        System.out.println("\n双精度型数组元素为:");
        printArray(doubleArray);   // 传递一个双精度型数组

        System.out.println("\n字符型数组元素为:");
        printArray(charArray);   // 传递一个字符型数组
    }
}