java泛型(整理)
1 泛型基础知识
泛型需要理解两个关键点:1)类型擦除 2)类型转换
1)类型擦除
泛型有个很重要的概念,是类型擦除。正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除(type erasure)。 Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数,会被编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的List<Object>和List<String>等类型,在编译之后都会变成List。JVM看到的只是List,而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方,但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。类型擦除也是Java的泛型实现方式与C++模板机制实现方式之间的重要区别。
很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关,包括:
a) 泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class,而只有List.class。
b) 静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为MyClass<T>的类,访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过new MyClass<String>还是new MyClass<Integer>创建的对象,都是共享一个静态变量。
c) 泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除,JVM是无法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的。对于JVM来说,它们都是 MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。
类型擦除的基本过程也比较简单,首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是Object。如果指定了类型参数的上界的话,则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明,即去掉<>的内容。比如T get()方法声明就变成了Object get();List<String>就变成了List。接下来就可能需要生成一些桥接方法(bridge method)。这是由于擦除了类型之后的类可能缺少某些必须的方法。比如考虑下面的代码:
class MyString implements Comparable<String>{ public int compareTo(String str) { return 0 ; } }
当类型信息被擦除之后,上述类的声明变成了class MyString implements Comparable。但是这样的话,类MyString就会有编译错误,因为没有实现接口Comparable声明的int compareTo(Object)方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。
编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式,正是为了确保类型的安全性。以上面提到的List<Object>和List<String>为例来具体分析:
public void inspect(List<Object> list){ for(Object obj : list) { System.out.println(obj); } list.add(l); } public void test() { List<String> strs = new ArrayList<String>(); inspect(strs); }
这段代码中,inspect方法接受List<Object>作为参数,当在test方法中试图传入List<String>的时候,会出现编译错误。假设这样的做法是允许的,那么在inspect方法就可以通过list.add(1)来向集合中添加一个数字。这样在test方法看来,其声明为List<String>的集合中却被添加了一个Integer类型的对象。这显然是违反类型安全的原则的,在某个时候肯定会抛出ClassCastException。因此,编译器禁止这样的行为。编译器会尽可能的检查可能存在的类型安全问题。对于确定是违反相关原则的地方,会给出编译错误。当编译器无法判断类型的使用是否正确的时候,会给出警告信息。这点可以参照下面类型转换。
2)类型转换
首先需要记住一点泛型无法实现向父类转换。在Java中,大家比较熟悉的是通过继承机制而产生的类型体系结构。比如String继承自Object。根据Liskov替换原则,子类是可以替换父类的。当需要Object类的引用的时候,如果传入一个String对象是没有任何问题的。但是反过来的话,即用父类的引用替换子类引用的时候,就需要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换一定是合法的。
这种自动的子类替换父类的类型转换机制,对于数组也是适用的。 String[]可以替换Object[]。但是泛型的引入,对于这个类型系统产生了一定的影响。正如前面提到的List<String>是不能替换掉List<Object>的。
引入泛型之后的类型系统增加了两个维度:一个是类型参数自身的继承体系结构,另外一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List<String>和List<Object>这样的情况,类型参数String是继承自Object的。而第二种指的是 List接口继承自Collection接口。对于这个类型系统,有如下的一些规则:
a) 相同类型参数的泛型类的关系取决于泛型类自身的继承体系结构。即List<String>是Collection<String> 的子类型,List<String>可以替换Collection<String>。这种情况也适用于带有上下界的类型声明。
b) 当泛型类的类型声明中使用了通配符的时候, 其子类型可以在两个维度上分别展开。如对Collection<? extends Number>来说,其子类型可以在Collection这个维度上展开,即List<? extends Number>和Set<? extends Number>等;也可以在Number这个层次上展开,即Collection<Double>和 Collection<Integer>等。如此循环下去,ArrayList<Long>和 HashSet<Double>等也都算是Collection<? extends Number>的子类型。
c) 如果泛型类中包含多个类型参数,则对于每个类型参数分别应用上面的规则。
2 泛型使用
/** * 接口定义泛型 * * @author Administrator * */ public interface IFanxing<T> { public T getX();// 接口定义泛型 public <E> E getY(E y);// 方法定义返回参泛型 public <F> List<F> getList(List<F> l);// 方法定义参数泛型 }
/** * 泛型方法 * * @author Administrator * */ public class Fanxing2 { // 方法返回值,参数泛型 public <T> T getObject(T t) { return t; } public static void main(String[] args) { Fanxing2 f = new Fanxing2(); String s = f.getObject("dhd"); int i = f.getObject(33); System.out.println(s); System.out.println(i); } }
/** * 参数泛型,包括变量泛型,方法参数泛型,方法返回值泛型 * * 泛型通配符 ? extends X (类名) * * 泛型的好处:抽象参数,减少类型转换错误,将错误提前暴露 * * @author Administrator * */ public class Fanxing1<E extends Object, F extends Object> { // 指定泛型上限,为Object类型 E x;// 定义泛型变量 F y; public E getX() { return x; } public void setX(E x) { this.x = x; } // 泛型方法 public F getY() { return y; } public void setY(F y) { this.y = y; } public static void main(String[] args) { Fanxing1<String, Integer> f = new Fanxing1<String, Integer>(); f.setX("hehe"); f.setY(null);// 不出错 System.out.println(f.getX()); System.out.println(f.getY()); // 泛型无法向上转换 Fanxing1<Object, Integer> f1 = new Fanxing1<Object, Integer>(); // f1 = f; 无法编译 } }