Java基础之泛型

发表于 2020-06-28 更新于 2024-10-31 分类于学习笔记， java 阅读次数：

泛型的概念

设计背景

集合容器类在设计阶段/声明阶段不能确定这个容器到底实际存的是什么类型的对象，所以在JDK1.5之前只能把元素类型设计为Object，JDK1.5之后使用泛型来解决。因为这个时候除了元素的类型不确定，其他的部分是确定的，例如关于这个元素如何保存，如何管理等是确定的，因此此时把元素的类型设计成一个参数，这个类型参数叫做泛型。Collection<E>，List<E>，ArrayList<E> 这个就<E>是类型参数，即泛型。

概念

所谓泛型，就是允许在定义类、接口时通过一个标识表示类中某个属性的类型或者是某个方法的返回值及参数类型。这个类型参数将在使用时（例如，继承或实现这个接口，用这个类型声明变量、创建对象时）确定（即传入实际的类型参数，也称为类型实参）。

从JDK1.5以后，Java引入了“参数化类型（Parameterized type）”的概念，允许我们在创建集合时指定集合元素的类型，正如：List<String>，这表明该List只能保存字符串类型的对象。

JDK1.5改写了集合框架中的全部接口和类，为这些接口、类增加了泛型支持，从而可以在声明集合变量、创建集合对象时传入类型实参。

泛型的作用

解决元素存储的安全性问题，好比商品、药品标签，不会弄错。
解决获取数据元素时，需要类型强制转换的问题，好比不用每回拿商品、药品都要辨别。

Java泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会产生ClassCastException异常。同时，代码更加简洁、健壮。

在集合中使用泛型

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();//类型推断
list.add(78);
list.add(88);
list.add(77);
list.add(66);
//遍历方式一：
for(Integer i : list){
//不需要强转
System.out.println(i);
//}
//遍历方式二：
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
  System.out.println(iterator.next());
}
  
Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();
map.put("Tom1",34);
map.put("Tom2",44);
map.put("Tom3",33);
map.put("Tom4",32);
//添加失败
//map.put(33, "Tom");
Set<Entry<String,Integer>> entrySet = map.entrySet();
Iterator<Entry<String,Integer>> iterator = entrySet.iterator();
while(iterator.hasNext()){
  Entry<String,Integer> entry = iterator.next();
  System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
}

自定义泛型结构

泛型的声明

interface List<T>和class GenTest<K,V>

其中T、K、V不代表值，而是代表类型，使用任意字母都可以。

常用T表示（Type）
泛型的实例化

一定要在类名后面指定类型参数的值（类型）。如：
List<String> strList = new ArrayList<String>();
Iterator<Customer> iterator = customers.iterator();

注意：

T只能是类名，不能用基本数据类型填充，可以用包装类填充。
把一个集合中的内容限制为一个特定的数据类型，这就是generics背后的核心思想

使用泛型的主要一个有点就是能够在编译时而不是在运行时检测错误。

泛型类、泛型接口

泛型类堪忧多个参数，此时应将多个参数一起放到尖括号内，例如：<E1,E2,E3>
泛型类的构造器：public GenericClass(){} 错误写法：public GenericClass<E>(){}
实例化之后，操作原来泛型位置的结构必须与指定的泛型结构一致
泛型不同的引用不能互相赋值
泛型如果不指定，将被擦除，泛型对应的类型均按照Object处理，但不等价于Object。

泛型要使用一路都用。要不用，一路都不要用。
jdk1.7，泛型的简化操作：ArrayList<Fruit> flist = new ArrayList<>();
泛型的指定中不能使用基本数据类型，可以使用包装类代替
不能使用new E[]。但是可以：E[] elements = (E[])new Object[capacity];

参考：ArrayList源码中声明：Object[] elementData，而非泛型参数类型数组。
父类有泛型，子类可以选择保留泛型，也可以选择指定的泛型类型

子类不保留父类的泛型：按需实现，子类没有指定泛型类型的话，默认为Object

子类保留弗雷德泛型：泛型子类

结论：子类必须是“富二代”，子类除了指定或保留父类的泛型，还可以增加自己的泛型

class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son1 extends Father {// 等价于class Son extends Father<Object,Object>{
}
// 2)具体类型
class Son2 extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2> extends Father<Integer, T2> {
}
class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son<A, B> extends Father{//等价于class Son extends Father<Object,Object>{
}
// 2)具体类型
class Son2<A, B> extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2, A, B> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2, A, B> extends Father<Integer, T2> {
}

泛型方法

方法，也可以被泛型化，不管此时定义在其中的类是不是泛型类。在泛型方法中可以定义泛型参数，此时，参数的类型就是传入数据的类型。

泛型方法格式：[访问权限] <泛型> 返回类型方法名([泛型标识参数名称]) 抛出的异常

public static <T> void fromArrayToCollection(T[] a, Collection<T> c) {
  for (T o : a) {
    c.add(o);
  }
}
public static void main(String[] args) {
  Object[] ao = new Object[100];
  Collection<Object> co = new ArrayList<Object>();
  fromArrayToCollection(ao, co);
  String[] sa = new String[20];
  Collection<String> cs = new ArrayList<>();
  fromArrayToCollection(sa, cs);
  Collection<Double> cd = new ArrayList<>();
  // 下面代码中T是Double类，但sa是String类型，编译错误。
  // fromArrayToCollection(sa, cd);
  // 下面代码中T是Object类型，sa是String类型，可以赋值成功。
  fromArrayToCollection(sa, co);
}

class Creature{
}
class Person extends Creature{
}
class Man extends Person{
}
class PersonTest {
  public static <T extends Person> void test(T t){
    System.out.println(t);
  }
  public static void main(String[] args) {
    test(new Person());
    test(new Man());
    //The method test(T) in the type PersonTest is not
    //applicable for the arguments (Creature)
    test(new Creature());
  }
}

泛型在继承上的体现

如果B是A的一个子类型（子类或者子接口），而G是具有泛型声明的类或接口，G<B>并不是G的子类型<A>

比如：String是Object的子类，但是List<String>并不是List<Object>的子类。

通配符的使用

使用类型通配符：“？”

比如：List<?> ，Map<?,?>

List<?>是List<String>、List<Object>等各种泛型List的父类。
读取List<?>的对象list中的元素时，永远是安全的，因为不管list的真实类型是什么，它包含的都是Object。
不能向list写入元素，因为我们不知道c的元素类型，我们不能向其中添加对象，唯一的例外是null，它是所有类型的成员

public static void main(String[] args) {
  List<?> list = null;
  list = new ArrayList<String>();
  list = new ArrayList<Double>();
  // list.add(3);//编译不通过
  list.add(null);
  List<String> l1 = new ArrayList<String>();
  List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();
  l1.add("123");
  l2.add(15);
  read(l1);
  read(l2);
}
public static void read(List<?> list) {
  for (Object o : list) {
    System.out.println(o);
  }
}

注意：

编译错误：不能用在泛型方法声明上，返回值类型前面的<>不能使用“?”，例如：

public static <?> void test(ArrayList list){}
编译错误：不能用在泛型类的声明上

class GenericTypeClass <?>{}
编译错误：不能用在创建对象上，右边属于创建集合对象

ArrayList<?> list2 = new ArrayList<?>();

有限制的通配符

通配符指定上限

上限extends：使用时指定的类型必须是继承某个类，或者实现某个接口，即<=
通配符指定下限

下限super：使用时指定的类型不能小于操作的类，即>=
举例：
- <? extends Number> (无穷小, Number]
  
  只允许泛型为Number及Number子类的引用调用
- <? super Number> [Number, 无穷大)
  
  只允许泛型为Number及其父类的引用调用
- <? entends Conparable>
  
  只允许泛型为实现Comparable接口的实现类的引用调用

public static void printCollection3(Collection<? extends Person> coll) {
  //Iterator只能用Iterator<?>或Iterator<? extends Person>.why?
  Iterator<?> iterator = coll.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
  }
}
public static void printCollection4(Collection<? super Person> coll) {
  //Iterator只能用Iterator<?>或Iterator<? super Person>.why?
  Iterator<?> iterator = coll.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
  }
}

泛型嵌套举例

public static void main(String[] args) {
  HashMap<String, ArrayList<Citizen>> map = new HashMap<String, ArrayList<Citizen>>();
  ArrayList<Citizen> list = new ArrayList<Citizen>();
  list.add(new Citizen("刘恺威"));
  list.add(new Citizen("杨幂"));
  list.add(new Citizen("小糯米"));
  map.put("刘恺威", list);
  Set<Entry<String, ArrayList<Citizen>>> entrySet = map.entrySet();
  Iterator<Entry<String, ArrayList<Citizen>>> iterator = entrySet.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
    Entry<String, ArrayList<Citizen>> entry = iterator.next();
    String key = entry.getKey();
    ArrayList<Citizen> value = entry.getValue();
    System.out.println("户主：" + key);
    System.out.println("家庭成员：" + value);
  }
}