【Java】泛型详解(一篇就够了)
泛型的理解
泛型的概念
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 某个方法的返回值类型及参数类型。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)。
泛型的本质是为了参数化类型(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
泛型的引入背景
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
为什么要有泛型(Generic)
为什么要有泛型呢,直接Object不是也可以存储数据吗?
先来看一个栗子
List arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("aaaa");
arrayList.add(100);
for(int i = 0; i< arrayList.size();i++){
String item = (String)arrayList.get(i);
Log.d("泛型测试","item = " + item);
}
毫无疑问,程序的运行结果会以崩溃结束:
java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
ArrayList可以存放任意类型,例子中添加了一个String类型,添加了一个Integer类型,使用时都以String接收,Integer被强转成String,因此报错。为了解决类似这样的类型转换问题,在编译阶段就规定只能存放某种类型的数据,泛型应运而生。
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/2196407/202105/2196407-20210507224931947-970171232.png)
泛型的特点
泛型只在编译阶段有效。
看下面的代码:
List<String> stringArrayList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList<Integer>();
Class classStringArrayList = stringArrayList.getClass();
Class classIntegerArrayList = integerArrayList.getClass();
if(classStringArrayList.equals(classIntegerArrayList)){
Log.d("泛型测试","类型相同");
}
//输出结果:D/泛型测试: 类型相同。
通过上面的例子可以证明,在编译之后程序会采取去泛型化的措施。也就是说Java中的泛型,只在编译阶段有效。在编译过程中,正确检验泛型结果后,会将泛型的相关信息擦出,并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换的方法。也就是说,泛型信息不会进入到运行时阶段。
泛型的使用
泛型有三种使用方式,分别为:泛型类、泛型接口、泛型方法
泛型的声明
例如interface List<T>
和class GenTest<K,V>
其中T,K,V表示泛指,代表类型。这里使用任意字母都可以。常用T表示,是Type
的缩写
要在类名后面指定泛型
List<String> strList = new ArrayList<String>();
Iterator<Customer> iterator = customers.iterator();
- T只能是类,不能用基本数据类型。可以使用包装类
- 使用泛型的主要优点是能够在编译时而不是在运行时检测错误
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
一些注意事项
- 泛型类可能有多个参数,此时应将多个参数一起放在尖括号内。比如:
<E1,E2,E3>
- 实例化后,操作原来泛型位置的结构必须与指定的泛型类型一致。
- 泛型不同的引用不能相互赋值。尽管在编译时
ArrayList<String>
和ArrayList<Integer>
是两种类型,但是,在运行时只有一个ArrayList被加载到JVM中。 - 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,如果不用,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,可以使用包装类替换
- 在类/接口上声明的泛型,在本类或本接口中即代表某种类型,可以作为非静态属性的类型、非静态方法的参数类型、非静态方法的返回值类型。但在静态方法中不能使用类的泛型。
- 异常类不能是泛型的
- 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泛型类型
class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
// 1、使用时:类似于Object,不等同于Object
ArrayList list = new ArrayList();
// list.add(new Date());//有风险
list.add("hello");
test(list);// 泛型擦除,编译不会类型检查
// ArrayList<Object> list2 = new ArrayList<Object>();
// test(list2);//一旦指定Object,编译会类型检查,必须按照Object处理
}
public static void test(ArrayList<String> list) {
String str = "";
for (String s : list) {
str += s + ","; }
System.out.println("元素:" + str);
}
}
泛型类
泛型用于类的定义中,被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类,如:List、Set、Map。
泛型类的最基本写法(这么看可能会有点晕,会在下面的例子中详解):
class 类名称 <泛型标识:可以随便写任意标识号,标识指定的泛型的类型>{
private 泛型标识 /*(成员变量类型)*/ var;
.....
}
}
示例:
//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
class Person<T> {
// 使用T类型定义变量
private T info;
// 使用T类型定义一般方法
public T getInfo() {
return info; }
public void setInfo(T info) {
this.info = info; }
// 使用T类型定义构造器
public Person() {
}
public Person(T info) {
this.info = info; }
//下面两个方法编译报错
// static的方法中不能声明泛型
public static void show(T t) {
}
// 不能在try-catch中使用泛型定义
public void test() {
try {
} catch (MyException<T> ex) {
}
}
}
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> {
public T next();
}
当实现泛型接口的类,未传入泛型实参时:
/**
* 未传入泛型实参时,与泛型类的定义相同,在声明类的时候,需将泛型的声明也一起加到类中
* 即:class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
* 如果不声明泛型,如:class FruitGenerator implements Generator<T>,编译器会报错:"Unknown class"
*/
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
@Override
public T next() {
return null;
}
}
泛型方法
基本使用
格式:[权限修饰符] <泛型> 返回类型 方法名([泛型标识 参数名称]) 抛出异常
/**
* 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
*/
public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,
IllegalAccessException{
T instance = tClass.newInstance();
return instance;
}
说明:
-
public 与 返回值中间`<T>`非常重要,**表示此方法为泛型方法**。
-
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。
-
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。
类中的泛型方法
//这个类是个泛型类,在上面已经介绍过
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
}
*/
}
/**
* 这才是一个真正的泛型方法。
* 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){
Log.d("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){
Log.d("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){
}
泛型通配符
我们在定义泛型类,泛型方法,泛型接口的时候经常会碰见很多不同的通配符,比如 T,E,K,V 等等,这些通配符又都是什么意思呢?
常用的 T,E,K,V,?
本质上这些个都是通配符,没啥区别,只不过是编码时的一种约定俗成的东西。比如上述代码中的 T ,我们可以换成 A-Z 之间的任何一个 字母都可以,并不会影响程序的正常运行,但是如果换成其他的字母代替 T ,在可读性上可能会弱一些。通常情况下,T,E,K,V,?是这样约定的:
- ?表示不确定的 java 类型
- T (type) 表示具体的一个java类型
- K V (key value) 分别代表java键值中的Key Value
- E (element) 代表Element
无界通配符?
我们知道Ingeter
是Number
的一个子类,Generic<Ingeter>
与Generic<Number>
实际上是相同的一种基本类型。那么问题来了,在使用Generic<Number>
作为形参的方法中,能否使用Generic<Ingeter>
的实例传入呢?在逻辑上类似于Generic<Number>
和Generic<Ingeter>
是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢?
为了弄清楚这个问题,我们使用Generic<T>
这个泛型类继续看下面的例子:
public void showKeyValue1(Generic<Number> obj){
Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
}
...
Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
Generic<Number> gNumber = new Generic<Number>(456);
showKeyValue(gInteger);
// showKeyValue这个方法编译器会为我们报错:Generic<java.lang.Integer>
// cannot be applied to Generic<java.lang.Number>
通过提示信息我们可以看到Generic<Integer>
不能被看作为``Generic
回到上面的例子,如何解决上面的问题?总不能为了定义一个新的方法来处理Generic<Integer>
类型的类,这显然与java中的多态理念相违背。因此我们需要一个在逻辑上可以同时表示Generic<Integer>
和Generic<Number>
父类的引用类型。类型通配符应运而生。
我们可以将上面的方法改一下:
public void showKeyValue1(Generic<?> obj){
Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
}
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 。再直白点的,此处的?和Number
、String
、Integer
一样都是一种实际的类型,看成所有类型的父类。是一种真实的类型。
上界通配符 < ? extends E>
先从一个小例子看起
我有一个父类 Animal 和几个子类,如狗、猫等,现在我需要一个动物的列表,我的第一个想法是像这样的:
List<Animal> listAnimals
但是大佬的想法确是这样的:
List<? extends Animal> listAnimals
为什么要使用通配符而不是简单的泛型呢?其实通配符在声明局部变量时是没有什么意义的,但是当你为一个方法声明一个参数时,它是非常重要的。
static int countLegs (List<? extends Animal > animals ) {
int retVal = 0;
for ( Animal animal : animals ) {
retVal += animal.countLegs();
}
return retVal;
}
static int countLegs1 (List<Animal> animals ){
int retVal = 0;
for ( Animal animal : animals )
{
retVal += animal.countLegs();
}
return retVal;
}
public static void main(String[] args) {
List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
countLegs(dogs); // 不会报错
countLegs1(dogs); // 报错
}
用
<? extends E
关键字声明,表示参数类型可能是所指定的类型或者是此类型的子类。
在类型参数中使用 extends 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的子类,这样有两个好处:
- 如果传入的类型不是 E 或者 E 的子类,编译不成功,在编译期间就能指出
- 可以使用 E 的方法,要不然还得强转成 E 才能使用
private <K extends A, E extends B> E test(K arg1, E arg2){
arg2.compareTo(arg1);
E result = arg2;
//.....
return result;
}
泛型可以设置多个,用逗号分开
下界通配符 < ? super E>
用 super
进行声明,表示参数化的类型可能是所指定的类型,或者是此类型的父类型,直至 Object
在类型参数中使用 super 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的父类。
private <T> void test(List<? super T> dst, List<T> src){
for (T t : src) {
dst.add(t);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
List<Animal> animals = new ArrayList<>();
test(animals,dogs);
}
// Dog 是 Animal 的子类
class Dog extends Animal {
}
dst 类型 “大于等于” src 的类型,这里的“大于等于”是指 dst 表示的范围比 src 要大,因此装得下 dst 的容器也就能装 src 。
上界通配符主要用于读数据,下界通配符主要用于写数据。
?和 T 的区别
//集合元素只能是 T 类型
List<T> list = new ArrayList<T>();
//集合元素可以是任意类型,用于不确定参数类型的情况
public void test(List<?> list) {
}
注意:List<?>
不能改成 List<T>
,除非方法所在类已经定义过泛型T