Java知多少(41)泛型详解
我们知道,使用变量之前要定义,定义一个变量时必须要指明它的数据类型,什么样的数据类型赋给什么样的值。
假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:
针对不同的数据类型,除了借助方法重载,还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道,基本数据类型可以自动装箱,被转换成对应的包装类;Object 是所有类的祖先类,任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型,例如:
这样,只需要定义一个方法,就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码:
假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:
1 x = 10、y = 10 2 x = 12.88、y = 129.65 3 x = "东京180度"、y = "北纬210度"
1 int --> Integer --> Object 2 double -->Double --> Object 3 String --> Object
1 public class Demo { 2 public static void main(String[] args){ 3 Point p = new Point(); 4 p.setX(10); // int -> Integer -> Object 5 p.setY(20); 6 int x = (Integer)p.getX(); // 必须向下转型 7 int y = (Integer)p.getY(); 8 System.out.println("This point is:" + x + ", " + y); 9 10 p.setX(25.4); // double -> Integer -> Object 11 p.setY("东京180度"); 12 double m = (Double)p.getX(); // 必须向下转型 13 double n = (Double)p.getY(); // 运行期间抛出异常 14 System.out.println("This point is:" + m + ", " + n); 15 } 16 } 17 class Point{ 18 Object x = 0; 19 Object y = 0; 20 public Object getX() { 21 return x; 22 } 23 public void setX(Object x) { 24 this.x = x; 25 } 26 public Object getY() { 27 return y; 28 } 29 public void setY(Object y) { 30 this.y = y; 31 } 32 }
上面的代码中,生成坐标时不会有任何问题,但是取出坐标时,要向下转型,在 Java多态对象的类型转换 一文中我们讲到,向下转型存在着风险,而且编译期间不容易发现,只有在运行期间才会抛出异常,所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码,第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。
那么,有没有更好的办法,既可以不使用重载(有重复代码),又能把风险降到最低呢?
有,可以使用泛型类(Java Class),它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”,就是“宽泛的数据类型”,任意的数据类型。
更改上面的代码,使用泛型类:
1 public class Demo { 2 public static void main(String[] args){ 3 // 实例化泛型类 4 Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>(); 5 p1.setX(10); 6 p1.setY(20); 7 int x = p1.getX(); 8 int y = p1.getY(); 9 System.out.println("This point is:" + x + ", " + y); 10 11 Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>(); 12 p2.setX(25.4); 13 p2.setY("东京180度"); 14 double m = p2.getX(); 15 String n = p2.getY(); 16 System.out.println("This point is:" + m + ", " + n); 17 } 18 } 19 // 定义泛型类 20 class Point<T1, T2>{ 21 T1 x; 22 T2 y; 23 public T1 getX() { 24 return x; 25 } 26 public void setX(T1 x) { 27 this.x = x; 28 } 29 public T2 getY() { 30 return y; 31 } 32 public void setY(T2 y) { 33 this.y = y; 34 } 35 }
运行结果:
This point is:10, 20This point is:25.4, 东京180度
与普通类的定义相比,上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>,T1, T2 是自定义的标识符,也是参数,用来传递数据的类型,而不是数据的值,我们称之为类型参数。在泛型中,不但数据的值可以通过参数传递,数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符,运行时会被替换为真正的数据类型。
传值参数(我们通常所说的参数)由小括号包围,如 (int x, double y),类型参数(泛型参数)由尖括号包围,多个参数由逗号分隔,如 <T> 或 <T, E>。
类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数,就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符,习惯上使用单个大写字母,通常情况下,K 表示键,V 表示值,E 表示异常或错误,T 表示一般意义上的数据类型。
泛型类在实例化时必须指出具体的类型,也就是向类型参数传值,格式为:
className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型,但是会产生警告,即:
className variable<dataType1, dataType2> = new className();
因为在使用泛型类时指明了数据类型,赋给其他类型的值会抛出异常,既不需要向下转型,也没有潜在的风险,比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。
注意:
- 泛型是 Java 1.5 的新增特性,它以C++模板为参照,本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
- 类型参数只能用来表示引用类型,不能用来表示基本类型,如 int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错,因为它们会自动装箱成对应的包装类。
泛型方法
除了定义泛型类,还可以定义泛型方法,例如,定义一个打印坐标的泛型方法:1 public class Demo { 2 public static void main(String[] args){ 3 // 实例化泛型类 4 Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>(); 5 p1.setX(10); 6 p1.setY(20); 7 p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY()); 8 9 Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>(); 10 p2.setX(25.4); 11 p2.setY("东京180度"); 12 p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY()); 13 } 14 } 15 // 定义泛型类 16 class Point<T1, T2>{ 17 T1 x; 18 T2 y; 19 public T1 getX() { 20 return x; 21 } 22 public void setX(T1 x) { 23 this.x = x; 24 } 25 public T2 getY() { 26 return y; 27 } 28 public void setY(T2 y) { 29 this.y = y; 30 } 31 32 // 定义泛型方法 33 public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){ 34 T1 m = x; 35 T2 n = y; 36 System.out.println("This point is:" + m + ", " + n); 37 } 38 }
This point is:10, 20
This point is:25.4, 东京180度
上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint(),既有普通参数,也有类型参数,类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数,就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。
与使用泛型类不同,使用泛型方法时不必指明参数类型,编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同,调用就像普通方法一样。
注意:泛型方法与泛型类没有必然的联系,泛型方法有自己的类型参数,在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系,也可以使用其他的标识符代替:
1 public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){ 2 V1 m = x; 3 V2 n = y; 4 System.out.println("This point is:" + m + ", " + n); 5 }
泛型接口
在Java中也可以定义泛型接口,这里不再赘述,仅仅给出示例代码:1 public class Demo { 2 public static void main(String arsg[]) { 3 Info<String> obj = new InfoImp<String>("www.weixueyuan.net"); 4 System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length()); 5 } 6 } 7 //定义泛型接口 8 interface Info<T> { 9 public T getVar(); 10 } 11 //实现接口 12 class InfoImp<T> implements Info<T> { 13 private T var; 14 // 定义泛型构造方法 15 public InfoImp(T var) { 16 this.setVar(var); 17 } 18 public void setVar(T var) { 19 this.var = var; 20 } 21 public T getVar() { 22 return this.var; 23 } 24 }
Length Of String: 18
类型擦除
如果在使用泛型时没有指明数据类型,那么就会擦除泛型类型,请看下面的代码:1 public class Demo { 2 public static void main(String[] args){ 3 Point p = new Point(); // 类型擦除 4 p.setX(10); 5 p.setY(20.8); 6 int x = (Integer)p.getX(); // 向下转型 7 double y = (Double)p.getY(); 8 System.out.println("This point is:" + x + ", " + y); 9 } 10 } 11 class Point<T1, T2>{ 12 T1 x; 13 T2 y; 14 public T1 getX() { 15 return x; 16 } 17 public void setX(T1 x) { 18 this.x = x; 19 } 20 public T2 getY() { 21 return y; 22 } 23 public void setY(T2 y) { 24 this.y = y; 25 } 26 }
This point is:10, 20.8
因为在使用泛型时没有指明数据类型,为了不出现错误,编译器会将所有数据向上转型为 Object,所以在取出坐标使用时要向下转型,这与本文一开始不使用泛型没什么两样。
限制泛型的可用类型
在上面的代码中,类型参数可以接受任意的数据类型,只要它是被定义过的。但是,很多时候我们只需要一部分数据类型就够了,用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如,编写一个泛型函数用于返回不同类型数组(Integer 数组、Double 数组、Character 数组等)中的最大值:1 public <T> T getMax(T array[]){ 2 T max = null; 3 for(T element : array){ 4 max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max; 5 } 6 return max; 7 }
通过 extends 关键字可以限制泛型的类型,改进上面的代码:
1 public <T extends Number> T getMax(T array[]){ 2 T max = null; 3 for(T element : array){ 4 max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max; 5 } 6 return max; 7 }
注意:一般的应用开发中泛型使用较少,多用在框架或者库的设计中,这里不再深入讲解,主要让大家对泛型有所认识,为后面的教程做铺垫。
系列文章: