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Java 泛型(Generic)

原创

HLee

修改于 2021-09-13 02:08:24

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简介

Java在1.5之后加入了泛型的概念。泛型，即“参数化类型”。泛型的本质是为了参数化类型(将类型参数化传递)（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

Java泛型有三种使用方式：泛型类、泛型方法、泛型接口。

泛型信息只存在于代码编译阶段，在进入JVM之前，与泛型相关的信息会被擦除掉，我们称之为“泛型擦除”。

泛型类

泛型类的语法如下：

修饰符 class 类名称 <泛型类型标识>{

    /*（成员变量类型）*/
    private 泛型标识  var; 
}

备注：常用的泛型标识：T、E、K、V

我们首先定义一个简单的类：

/**
 * @describtion 泛型类定义
 * 此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型
 * 在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
 * @param <T> 泛型标识-类型参数
 */
public class Generic<T> {

    /**
     * T 由外部使用类的时候来指定
     */
    private T t;

    public Generic(T key) {
        this.t = t;
    }

    public T getT() {
        return t;
    }

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


//传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为Integer.
Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456);
//传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为String.
Generic<String> genericString = new Generic<String>("key_vlaue");

备注：

泛型类的类型参数只能是类类型，不支持基本类型；
同一泛型，根据不同的数据类型创建的对象，本质上是同一类型
泛型类，如果没有指定具体的数据类型，此时，操作类型是Object；

子类也是泛型类，子类与父类的泛型类型要一致

class ChildGeneric<T> extends Generic<T>
class ChildGeneric<T, K, V> extends Generic<T>

子类不是泛型类，父类要明确泛型的数据类型

class ChildGeneric extends Generic<String>

泛型接口

泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同。泛型接口常被用在各种类的生产器中，可以看一个例子：

// 定义一个泛型接口
public interface Generator<T> {
    T getKey();
}

当实现泛型接口的类，未传入泛型实参时：

/**
 * 泛型接口的实现类是一个泛型类，那么要保证实现接口的泛型类的泛型标识包含接口的泛型标识
 */
public class Pair<T, E> implements Generator<T>{

    private T key;
    private E value;

    public Pair(T key, E value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    @Override
    public T getKey() {
        return key;
    }

    public E getValue() {
        return value;
    }
}

当实现泛型接口的类，传入泛型实参时：

/**
 * 实现泛型接口的类不是泛型类，需要明确实现泛型接口的数据类型
 */
public class Apple implements Generator<String> {

    @Override
    public String getKey() {
        return "hello Generator";
    }
}

泛型方法

泛型方法的语法如下：其中<泛型类型标识>必须存在。

[作用域修饰符] <泛型类型标识> [返回类型] 方法名称(参数列表){}

* 泛型方法能使方法独立于类而产生变化
* 如果static方法要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；
泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型。

/**
 * 泛型方法的基本介绍
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为T类型
 * 说明：
 *     1）public 与 返回值中间<T>非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。
 *     2）只有声明了<T>的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。
 *     3）<T>表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T。
 *     4）与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型。
 */
public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,
  IllegalAccessException{
        T instance = tClass.newInstance();
        return instance;
}

public class GenericMethod {

    // 这个类是个泛型类
    public class Generic<T>{

        private T key;

        public Generic(T key) {
            this.key = key;
        }

        // 虽然在方法中使用了泛型，但是这并不是一个泛型方法。这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型。
        // 所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型。
        public T getKey(){
            return key;
        }

         // 这个方法显然是有问题的，在编译器会给我们提示这样的错误信息"cannot reslove symbol E"
         // 因为在类的声明中并未声明泛型E，所以在使用E做形参和返回值类型时，编译器会无法识别。
         // public E setKey(E key){this.key = keu}
    }

    /**
     * 泛型方法。
     * 首先在public与返回值之间的<T>必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型T
     * 这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置.
     * 泛型的数量也可以为任意多个
     * 如：public <T,K> K showKeyName(Generic<T> container){}
     */
    public <T> T showKeyName(Generic<T> container){
        System.out.println("container key :" + container.getKey());
        //当然这个例子举的不太合适，只是为了说明泛型方法的特性。
        T test = container.getKey();
        return test;
    }

    // 这也不是一个泛型方法，这就是一个普通的方法，只是使用了Generic<Number>这个泛型类做形参而已。
    public void showKeyValue1(Generic<Number> obj){
        System.out.println("泛型测试: key value is " + obj.getKey());
    }

    // 这也不是一个泛型方法，这也是一个普通的方法，只不过使用了泛型通配符?
    // 同时这也印证了泛型通配符章节所描述的，?是一种类型实参，可以看做为Number等所有类的父类
    public void showKeyValue2(Generic<?> obj){
        System.out.println("泛型测试: key value is " + obj.getKey());
    }

     // 这个方法是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class 'E' "
     // 虽然我们声明了<T>,也表明了这是一个可以处理泛型的类型的泛型方法。
     // 但是只声明了泛型类型T，并未声明泛型类型E，因此编译器并不知道该如何处理E这个类型。
     // public <T> T showKeyName(Generic<E> container){}
     
       
     // 这个方法也是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class 'T' "
     // 对于编译器来说T这个类型并未项目中声明过，因此编译也不知道该如何编译这个类。
     // 所以这也不是一个正确的泛型方法声明。
     // public void showkey(T genericObj){}
}

类中泛型方法

public class GenericFruit {

    class Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "fruit";
        }
    }

    class Apple extends Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "apple";
        }
    }

    class Person{
        @Override
        public String toString() {
            return "Person";
        }
    }

    static class GenerateTest<T>{
        
        public void show_1(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        // 在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型E，这种泛型E可以为任意类型。可以类型与T相同，也可以不同。
        // 由于泛型方法在声明的时候会声明泛型<E>，因此即使在泛型类中并未声明泛型，编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
        public <E> void show_3(E t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        // 在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型T，注意这个T是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
        public <T> void show_2(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        
        Apple apple = new GenericFruit().new Apple();
        Person person = new GenericFruit().new Person();

        GenerateTest<Fruit> generateTest = new GenerateTest<Fruit>();
        
        // apple是Fruit的子类，所以这里可以
        generateTest.show_1(apple);
        
        // 编译器会报错，因为泛型类型实参指定的是Fruit，而传入的实参类是Person
        // generateTest.show_1(person);

        // 使用这两个方法都可以成功
        generateTest.show_2(apple);
        generateTest.show_2(person);

        // 使用这两个方法也都可以成功
        generateTest.show_3(apple);
        generateTest.show_3(person);
    }
}

泛型可变参数方法

public <T> void printMsg( T... args){
    for(T t : args){
        System.out.println("泛型测试: t is " + t);
    }
}

printMsg("111", 222, "aaaa", "2323.4", 55.55);

泛型静态方法

public class StaticGenerator<T> {

    /**
     * 如果在类中定义使用泛型的静态方法，需要添加额外的泛型声明（将这个方法定义成泛型方法）
     * 即使静态方法要使用泛型类中已经声明过的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此时编译器会提示错误信息：
     *    "StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){}
}

如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法。

泛型通配符

类型通配符一般是使用？代替具体的类型实参，注意了，此处’？’是类型实参，而不是类型形参。

类型通配符一般使用？代替具体的类型实参
类型通配符是类型实参，而不是类型形参

public class Animal {}

public class Cat extends Animal{}

public class MiniCat extends Cat {}

类型通配符上限

要求该泛型的类型，只能是实参类型，或实参类型的子类类型。

语法：类/接口 <? extends 实参类型>

public static void main(String[] args) {

    ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<>();
    ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
    ArrayList<MiniCat> miniCats = new ArrayList<>();

    // showAnimal_up(animals); // 不符合泛型上限通配符要求,只能是实参类型，或实参类型的子类类型
    showAnimal_up(cats);
    showAnimal_up(miniCats);
}

/**
 * 类型通配符上限：要求该泛型的类型，只能是实参类型，或实参类型的子类类型
 * @param list
 */
public static void showAnimal_up(ArrayList<? extends Animal> list) {
    
    // list.add(new Cat()); // 不允许添加
    list.forEach(v -> {
        System.out.println(v);
    });
}

类型通配符下限

要求该泛型的类型，只能是实参类型，或实参类型的父类。

语法：类/接口 <? super 实参类型>

public static void main(String[] args) {

    ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<>();
    ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
    ArrayList<MiniCat> miniCats = new ArrayList<>();

    showAnimal_down(animals);
    // showAnimal_down(cats);
    // showAnimal_down(miniCats);
}

/**
 * 类型通配符下限：要求该泛型的类型，只能是实参类型，或实参类型的父类
 * @param list
 */
public static void showAnimal_down(ArrayList<? super Animal> list) {
    
    list.add(new Cat()); // 允许添加
    list.forEach(v -> {
        System.out.println(v);
    });
}

泛型数组

可以声明带泛型的数组引用，但是不能直接创建带泛型的数组对象
可以通过java.lang.reflect.Array的newInstance(Class<T>, int)创建T[]数组

public class Fruit<T> {

    private T[] array;

    // 构造函数
    public Fruit(Class<T> clz, int length) {
        // 通过Array.newInstance创建泛型数组
        array = (T[])Array.newInstance(clz, length);
    }

    /**
     * 填充数组
     */
    public void putArray(int index, T item) {
        array[index] = item;
    }

    /**
     * 获取数组
     */
    public T getArray(int index) {
        return array[index];
    }
}

Fruit<String> fruit = new Fruit<>(String.class, 3);
fruit.putArray(0, "橘子");
fruit.putArray(1, "香蕉");
fruit.putArray(2, "苹果");

System.out.println(fruit.getArray(0));

不能创建一个确切的泛型类型的数组，例如：
List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10];  

使用通配符创建泛型数组，例如：
List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10];  
List<String>[] ls = new ArrayList[10];