【Java 数据结构】泛型进阶

news2024/11/28 16:34:08

泛型

  • 1 什么是泛型
  • 2 引出泛型
    • 2.1 语法
  • 3 泛型类的使用
    • 3.1 语法
    • 3.2 示例
    • 3.3 类型推导(Type Inference)
  • 泛型是如何编译的
  • 擦除机制
  • 裸类型
  • 4 泛型的上界
    • 4.1 语法
    • 4.2 示例
    • 4.3 复杂示例
  • 5 泛型方法
    • 5.1 定义语法
    • 5.2 示例
    • 5.3 使用示例-可以类型推导
    • 5.4 使用示例-不使用类型推导
  • 6 通配符
    • 6.1 通配符解决什么问题
    • 6.2 通配符上界
    • 6.3 通配符下界

1 什么是泛型

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。----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍。
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，就是对类型实现了参数
化。

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. 我们以前学过的数组，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 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);
	}
}

问题：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，但是确编译报错。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
}

上述代码进行改写如下：

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<>();//2
		myArray.setVal(0,10);
		myArray.setVal(1,12);
		int ret = myArray.getPos(1);//3
		System.out.println(ret);
		myArray.setVal(2,"bit");//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

了解： 【规范】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. 注释1处，不能new泛型类型的数组
    意味着：

T[] array = (T[])new Object[10]

当中的代码：T[] array = (T[])new Object[10];是否就足够好，答案是未必的。这块问题一会儿介
绍。
3. 注释2处，类型后加入 指定当前类型
4. 注释3处，不需要进行强制类型转换
5. 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

3.1 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

3.2 示例

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！

3.3 类型推导(Type Inference)

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

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

泛型是如何编译的

擦除机制

裸类型

想了解学习这部分的同学可以看我之前关于认识泛型的博客
================== 博客链接==============================

4 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。

4.1 语法

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

4.2 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> 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

了解： 没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

4.3 复杂示例

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

E必须是实现了Comparable接口的

5 泛型方法

5.1 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) { … }

5.2 示例

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;
	}
}

5.3 使用示例-可以类型推导

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

5.4 使用示例-不使用类型推导

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

6 通配符

? 用于在泛型的使用，即为通配符

6.1 通配符解决什么问题

class Message<T> {
    private T message ;
    public T getMessage() {
        return message;
    }
    public void setMessage(T message) {
        this.message = message;
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message<String> message = new Message<>() ;
        message.setMessage("比特就业课欢迎您");
        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 TestDemo {
    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());
    }
}

我们需要的解决方案：可以接收所有的泛型类型，但是又不能够让用户随意修改。这种情况就需要使用通配符"?"来
处理
范例：使用通配符

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message<Integer> message = new Message() ;
        message.setMessage(55);
        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：

? extends 类：设置通配符上限
? super 类：设置通配符下限

6.2 通配符上界

语法：

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

在这里插入图片描述
示例 1

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 TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message<Apple> message = new Message<>() ;
        message.setMessage(new Apple());
        fun(message);
        Message<Banana> message2 = new Message<>() ;
        message2.setMessage(new Banana());
        fun(message2);
    }
    // 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！
//temp.setMessage(new Apple()); //仍然无法修改！
        System.out.println(temp.getMessage());
    }
}

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。

public static void fun(Message<? extends Fruit> temp){
//temp.setMessage(new Banana()); //仍然无法修改！
//temp.setMessage(new Apple()); //仍然无法修改！
        Fruit b = temp.getMessage();
        System.out.println(b);
    }

通配符的上界，不能进行写入数据，只能进行读取数据。

6.3 通配符下界

语法：

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

在这里插入图片描述
示例

class Food {
}
class Fruit extends Food {
}
class Apple extends Fruit {
}
class Plate<T> {
    private T plate ;
    public T getPlate() {
        return plate;
    }
    public void setPlate(T plate) {
        this.plate = plate;
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Plate<Fruit> plate1 = new Plate<>();
        plate1.setPlate(new Fruit());
        fun(plate1);
        Plate<Food> plate2 = new Plate<>();
        plate2.setPlate(new Food());
        fun(plate2);
    }
    public static void fun(Plate<? super Fruit> temp){
// 此时可以修改！！添加的是Fruit 或者Fruit的子类
        temp.setPlate(new Apple());//这个是Fruit的子类
        temp.setPlate(new Fruit());//这个是Fruit的本身
//Fruit fruit = temp.getPlate(); 不能接收，这里无法确定是哪个父类
        System.out.println(temp.getPlate());//只能直接输出
    }
}

通配符的下界，不能进行读取数据，只能写入数据。

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