201871010123-吴丽丽《面向对象程序设计（Java）》第十一周学习总结
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第一部分：理论知识部分
一、什么是泛型程序设计？
1、JDK5.0中添加的泛型类型，是Java语言中类型安全的一次重要改进。
2、泛型：也称参数化类型（parameterized type）,就是在定义类、接口和方法时，通过类型参数指示将要处理的对象类型。（如：ArrayList类）
3、泛型程序设计（Generic programming）：编写代码可以被很多不同类型的对象所重用。
二、泛型类
1、泛型类的定义
（1） 一个泛型类（generic class）就是具有一个或多个类型变量的类，即创建用类型作为参数的类。如一个泛型类定义格式如下：class Generics＜K,V＞其中的K和V是类中的可变类型参数。如：
public class Pair{ private T first; private T second; public Pair() {first = null; second = null;} public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } public T getFirst() {return first;} public T getSecond() {return second;} public void setFirst(T newValue) {first = newValue;} public void setSecond(T newValue) {second = newValue;} }
注释：类型变量使用大写形式，且比较短。在Java库中，使用变量E表示集合的元素类型，K和V分别表示表的关键字与值的类型。T（需要时还可以用临近的字母U和S）表示“任意类型”。
（2）Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号（<>）括起来，并放在类名的后面。泛型类可以有多个类型变量。例如:public class Pair<t, u=""> { … }
(3) 类定义中的类型变量用于指定方法的返回类型以及域、局部变量的类型。
2、泛型方法的声明
(1)泛型方法
– 除了泛型类外，还可以只单独定义一个方法作为泛型方法，用于指定方法参数或者返回值为泛型类型，留待方法调用时确定。
– 泛型方法可以声明在泛型类中，也可以声明在普通类中。
public class ArrayTool { public static <E> void insert( E[] e, int i) { ... } public static <E> E valueAt( E[] e , int i) { ... } }
3、泛型接口
(1)定义
public interface IPool <T> { T get(); int add(T t); }
(2)实现
public class GenericPool <T> implements IPool <T> { … } public class GenericPool implements IPool <Account> { … }
4、泛型变量的限定
(1) 定义泛型变量的上界
public class NumberGeneric< T extends Number>
(2) 泛型变量上界的说明
上述声明规定了NumberGeneric类所能处理的泛型变量类型需和Number有继承关系；
extends关键字所声明的上界既可以是一个类，也可以是一个接口；
(3)< T extends BoundingType> 表示T应该是绑定类型的子类型。 一个类型变量或通配符可以有多个限定，限定类型用“&”分割。例如：< T extends Comparable & Serializable >
(4) 定义泛型变量的下界
a)List <? super CashCard> cards = new ArrayList<T>();
b)泛型变量下界的说明
-通过使用super关键字可以固定泛型参数的类型为某种类型的超类1
-当希望为一个方法的参数限定类型时，通常可以使用下限通配符
public static <T> void sort(T[] a,Comparator<? super T> c)
5、泛型类的约束与局限性:
a）不能用基本类型实例化类型参数
b）运行时类型查询只适用于原始类型
c）不能抛出也不能捕获泛型类实例
d）参数化类型的数组不合法
e）不能实例化类型变量
f ）泛型类的静态上下文中类型变量无效
g）注意擦除后的冲突
6、泛型类型的继承规则
1）Java中的数组是协变的（covariant），但这一原理不适用于泛型类型
2）Java中泛型类不具协变性。
3）泛型类可扩展或实现其它的泛型类。
三、通配符类型
1）“？”符号表明参数的类型可以是任何一种类型，它和参数T的含义是有区别的。T表示一种未知类型，而“？”表示任何一种类型。这种通配符一般有以下三种用法：
a）单独的？，用于表示任何类型
b）? extends type，表示带有上界。
c ）? super type，表示带有下界。
2）通配符的类型限定
a）Pair<? extends Employee>
b) Pair<? super Manager>
c) 无限定通配符:Pair<?>。 Pair<?>与Pair的不同在于：可以用任意Object 对象调用原始的Pair类的setObject方法。
第二部分：实验部分
实验九 泛型程序设计技术
实验时间 2019-11-8
1、实验目的与要求
(1) 理解泛型概念；
(2) 掌握泛型类的定义与使用；
(3) 了解泛型方法的声明与使用；
(4) 掌握泛型接口的定义与实现；
(5) 理解泛型程序设计，理解其用途。
2、实验内容和步骤
实验1： 导入第8章示例程序，测试程序并进行代码注释。
测试程序1：
1）编辑、调试、运行教材311、312页代码，结合程序运行结果理解程序；
2）在泛型类定义及使用代码处添加注释；
3）掌握泛型类的定义及使用。
Pair类代码如下：
1 package pair1; 2 3 /** 4 * @version 1.00 2004-05-10 5 * @author Cay Horstmann 6 */ 7 public class Pair<T> //Pair类引入一个类型变量T，用尖括号（<>)括起来 8 { 9 private T first; //类型变量T指定实用域的类型 10 private T second; 11 12 public Pair() { first = null; second = null; } //Pair类的无参数构造器 13 public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } //Pair类的有参构造器 14 15 public T getFirst() { return first; } //类型变量T指定方法的返回类型 16 public T getSecond() { return second; } 17 18 public void setFirst(T newValue) { first = newValue; } 19 public void setSecond(T newValue) { second = newValue; } 20 }
PairTest1代码如下：
package pair1; /** * @version 1.01 2012-01-26 * @author Cay Horstmann */ public class PairTest1 { public static void main(String[] args) { String[] words = { "Mary", "had", "a", "little", "lamb" }; //创建一个String数组并进行初始化 Pair<String> mm = ArrayAlg.minmax(words); //创建实例化泛型类型（Pair<String>）的对象变量，调用ArrayAlg的minmax方法 System.out.println("min = " + mm.getFirst()); //通过对象变量mm去调用getFirst方法 System.out.println("max = " + mm.getSecond()); } } class ArrayAlg { /** * Gets the minimum and maximum of an array of strings. * @param a an array of strings * @return a pair with the min and max values, or null if a is null or empty */ public static Pair<String> minmax(String[] a) //泛型方法的声明 { if (a == null || a.length == 0) return null; //对min和max进行赋值 String min = a[0]; String max = a[0]; for (int i = 1; i < a.length; i++) { if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i]; //调用compareTo方法，将min和a[i]进行比较 if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i]; //调用compareTo方法，将max和a[i]进行比较 } return new Pair<>(min, max); //返回值为一个Pair泛型类对象，其返回两个结果 } }
运行结果如下：
测试程序2：
1） 编辑、调试运行教材315页 PairTest2，结合程序运行结果理解程序；
2）在泛型程序设计代码处添加相关注释；
3）了解泛型方法、泛型变量限定的定义及用途。
Pair代码如下：
package pair1; /** * @version 1.00 2004-05-10 * @author Cay Horstmann */ public class Pair<T> //Pair类引入一个类型变量T，用尖括号（<>)括起来 { private T first; //类型变量T指定实用域的类型 private T second; public Pair() { first = null; second = null; } //Pair类的无参数构造器 public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } //Pair类的有参构造器 public T getFirst() { return first; } //类型变量T指定方法的返回类型 public T getSecond() { return second; } public void setFirst(T newValue) { first = newValue; } //setFirst方法中的参数是类型为T的 newValue public void setSecond(T newValue) { second = newValue; } }
PairTest2代码如下：
package pair2; import java.time.*; /** * @version 1.02 2015-06-21 * @author Cay Horstmann */ public class PairTest2 { public static void main(String[] args) { LocalDate[] birthdays = { LocalDate.of(1906, 12, 9), // G. Hopper LocalDate.of(1815, 12, 10), // A. Lovelace LocalDate.of(1903, 12, 3), // J. von Neumann LocalDate.of(1910, 6, 22), // K. Zuse }; //创建一个LocalDate的对象变量，通过LocalDate中的of方法产生日期对数组进行初始化 Pair<LocalDate> mm = ArrayAlg.minmax(birthdays); //创建实例化泛型类型（Pair<String>）的对象变量，调用ArrayAlg的minmax方法 System.out.println("min = " + mm.getFirst()); System.out.println("max = " + mm.getSecond()); } } class ArrayAlg { /** Gets the minimum and maximum of an array of objects of type T. @param a an array of objects of type T @return a pair with the min and max values, or null if a is null or empty */ public static <T extends Comparable> Pair<T> minmax(T[] a) //对类型变量T设置限定，定义了泛型变量的上界 { if (a == null || a.length == 0) return null; T min = a[0]; T max = a[0]; for (int i = 1; i < a.length; i++) { if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i]; //调用compareTo方法，将min和a[i]进行比较 if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i]; //调用compareTo方法，将max和a[i]进行比较 } return new Pair<>(min, max); //返回Pair<T>，其返回两个结果 } }
程序运行结果如下：
测试程序3：
1） 用调试运行教材335页 PairTest3，结合程序运行结果理解程序；
2）了解通配符类型的定义及用途。
Employee类代码如下：
package pair3; import java.time.*; public class Employee { private String name; //实例域 private double salary; private LocalDate hireDay; public Employee(String name, double salary, int year, int month, int day)//构造器的声明 { this.name = name; this.salary = salary; hireDay = LocalDate.of(year, month, day); } public String getName() //getName（）方法的声明 { return name; } public double getSalary() { return salary; } public LocalDate getHireDay() { return hireDay; } public void raiseSalary(double byPercent) { double raise = salary * byPercent / 100; salary += raise; } }
Manager类代码如下：
package pair3; public class Manager extends Employee { private double bonus; /** @param name the employee's name @param salary the salary @param year the hire year @param month the hire month @param day the hire day */ public Manager(String name, double salary, int year, int month, int day) { super(name, salary, year, month, day); bonus = 0; } public double getSalary() { double baseSalary = super.getSalary(); return baseSalary + bonus; } public void setBonus(double b) { bonus = b; } public double getBonus() { return bonus; } }
Pair类代码如下：
package pair3; /** * @version 1.00 2004-05-10 * @author Cay Horstmann */ public class Pair<T> { private T first; private T second; public Pair() { first = null; second = null; } public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } public T getFirst() { return first; } public T getSecond() { return second; } public void setFirst(T newValue) { first = newValue; } public void setSecond(T newValue) { second = newValue; } }
PairTest3类代码如下：
1 package pair3; 2 3 /** 4 * @version 1.01 2012-01-26 5 * @author Cay Horstmann 6 */ 7 public class PairTest3 8 { 9 public static void main(String[] args) 10 { 11 var ceo = new Manager("Gus Greedy", 800000, 2003, 12, 15); 12 var cfo = new Manager("Sid Sneaky", 600000, 2003, 12, 15); 13 var buddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo); //创建一个新对象变量，并进行初始化 14 printBuddies(buddies); //打印雇员对 15 16 ceo.setBonus(1000000); //通过ceo这个对象变量去调用setBonus方法 17 cfo.setBonus(500000); 18 Manager[] managers = { ceo, cfo }; //创建Manager数组对象变量，并进行初始化 19 20 var result = new Pair<Employee>(); 21 minmaxBonus(managers, result); 22 System.out.println("first: " + result.getFirst().getName() 23 + ", second: " + result.getSecond().getName()); 24 maxminBonus(managers, result); 25 System.out.println("first: " + result.getFirst().getName() 26 + ", second: " + result.getSecond().getName()); 27 } 28 29 public static void printBuddies(Pair<? extends Employee> p)//使用了通配符类型，通配符类型解决了不能将子类传递给父类，对泛型变量限定了上界 30 { 31 Employee first = p.getFirst(); 32 Employee second = p.getSecond(); 33 System.out.println(first.getName() + " and " + second.getName() + " are buddies."); 34 } 35 36 public static void minmaxBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result)//使用了通配符类型，对泛型变量限定了下界 37 { 38 if (a.length == 0) return; 39 Manager min = a[0]; 40 Manager max = a[0]; 41 for (int i = 1; i < a.length; i++) 42 { 43 if (min.getBonus() > a[i].getBonus()) min = a[i]; 44 if (max.getBonus() < a[i].getBonus()) max = a[i]; 45 } 46 result.setFirst(min); 47 result.setSecond(max); 48 } 49 50 public static void maxminBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result) 51 { 52 minmaxBonus(a, result); 53 PairAlg.swapHelper(result); // swapHelper捕获通配符类型 54 } 55 // can't write public static <T super manager> . . . 56 } 57 58 class PairAlg 59 { 60 public static boolean hasNulls(Pair<?> p) //用来测试一个pair是否包含了null引用 61 { 62 return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null; 63 } 64 65 public static void swap(Pair<?> p) { swapHelper(p); } //用swap来调用swapHelper 66 67 public static <T> void swapHelper(Pair<T> p) //swapHelper方法 68 { 69 T t = p.getFirst(); 70 p.setFirst(p.getSecond()); 71 p.setSecond(t); 72 } 73 }
程序运行结果如下：
实验2：结对编程练习，将程序提交到PTA（2019面向对象程序设计基础知识测试题（2））
（1） 编写一个泛型接口GeneralStack，要求类中方法对任何引用类型数据都适用。GeneralStack接口中方法如下：
push(item); //如item为null，则不入栈直接返回null。
pop(); //出栈，如为栈为空，则返回null。
peek(); //获得栈顶元素，如为空，则返回null.
public boolean empty();//如为空返回true
public int size(); //返回栈中元素数量
（2）定义GeneralStack的子类ArrayListGeneralStack，要求：
ü 类内使用ArrayList对象存储堆栈数据，名为list；
ü 方法: public String toString()//代码为return list.toString();
ü 代码中不要出现类型不安全的强制转换。
（3）定义Car类，类的属性有：
private int id;
private String name;
方法：Eclipse自动生成setter/getter,toString方法。
（4）main方法要求
输入选项，有quit, Integer, Double, Car 4个选项。如果输入quit，程序直接退出。否则，输入整数m与n。m代表入栈个数，n代表出栈个数。然后声明栈变量stack。
输入Integer，打印Integer Test。建立可以存放Integer类型的ArrayListGeneralStack。入栈m次，出栈n次。打印栈的toString方法。最后将栈中剩余元素出栈并累加输出。
输入Double ，打印Double Test。剩下的与输入Integer一样。
输入Car，打印Car Test。其他操作与Integer、Double基本一样。只不过最后将栈中元素出栈，并将其name依次输出。
特别注意：如果栈为空，继续出栈，返回null
输入样例
Integer
5
2
1 2 3 4 5
Double
5
3
1.1 2.0 4.9 5.7 7.2
Car
3
2
1 Ford
2 Cherry
3 BYD
quit
输出样例
Integer Test
push:1
push:2
push:3
push:4
push:5
pop:5
pop:4
[1, 2, 3]
sum=6
interface GeneralStack
Double Test
push:1.1
push:2.0
push:4.9
push:5.7
push:7.2
pop:7.2
pop:5.7
pop:4.9
[1.1, 2.0]
sum=3.1
interface GeneralStack
Car Test
push:Car [id=1, name=Ford]
push:Car [id=2, name=Cherry]
push:Car [id=3, name=BYD]
pop:Car [id=3, name=BYD]
pop:Car [id=2, name=Cherry]
[Car [id=1, name=Ford]]
Ford
interface GeneralStack
程序代码如下：
import java.util.ArrayList; import java.util.Scanner; interface GeneralStack<T>{ public T push(T item); //如item为null，则不入栈直接返回null。 public T pop(); //出栈，如为栈为空，则返回null。 public T peek(); //获得栈顶元素，如为空，则返回null. public boolean empty();//如为空返回true public int size(); //返回栈中元素数量 } class ArrayListGeneralStack implements GeneralStack{ ArrayList list=new ArrayList(); @Override public String toString() { return list.toString(); } @Override public Object push(Object item) { if (list.add(item)){ return item; }else { return false; } } @Override public Object pop() { if (list.size()==0){ return null; } return list.remove(list.size()-1); } @Override public Object peek() { return list.get(list.size()-1); } @Override public boolean empty() { if (list.size()==0){ return true; }else { return false; } } @Override public int size() { return list.size(); } } class Car{ private int id; private String name; @Override public String toString() { return "Car [" + "id=" + id + ", name=" + name + ']'; } public int getId() { return id; } public void setId(int id) { this.id = id; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public Car(int id, String name) { this.id = id; this.name = name; } } public class Main { public static void main(String[] args) { Scanner ss=new Scanner(System.in); while (true){ String s=ss.nextLine(); if (s.equals("Integer")){ System.out.println("Integer Test"); int count=ss.nextInt(); int pop_time=ss.nextInt(); ArrayListGeneralStack Stack = new ArrayListGeneralStack(); for (int i=0;i<count;i++){ System.out.println("push:"+Stack.push(ss.nextInt())); } for (int i=0;i<pop_time;i++){ System.out.println("pop:"+Stack.pop()); } System.out.println(Stack.toString()); int sum=0; int size=Stack.size(); for (int i=0;i<size;i++){ sum+=(int)Stack.pop(); } System.out.println("sum="+sum); System.out.println("interface GeneralStack"); }else if(s.equals("Double")){ System.out.println("Double Test"); int count=ss.nextInt(); int pop_time=ss.nextInt(); ArrayListGeneralStack Alg = new ArrayListGeneralStack(); for (int i=0;i<count;i++){ System.out.println("push:"+Alg.push(ss.nextDouble())); } for (int i=0;i<pop_time;i++){ System.out.println("pop:"+Alg.pop()); } System.out.println(Alg.toString()); double sum=0; int size=Alg.size(); for (int i=0;i<size;i++){ sum+=(double)Alg.pop(); } System.out.println("sum="+sum); System.out.println("interface GeneralStack"); }else if (s.equals("Car")){ System.out.println("Car Test"); int count=ss.nextInt(); int pop_time=ss.nextInt(); ArrayListGeneralStack Gls = new ArrayListGeneralStack(); for (int i=0;i<count;i++){ int id=ss.nextInt(); String name=ss.next(); Car car = new Car(id,name); System.out.println("push:"+Gls.push(car)); } for (int i=0;i<pop_time;i++){ System.out.println("pop:"+Gls.pop()); } System.out.println(Gls.toString()); if (Gls.size()>0){ int size=Gls.size(); for (int i=0;i<size;i++){ Car car=(Car) Gls.pop(); System.out.println(car.getName()); } } System.out.println("interface GeneralStack"); }else if (s.equals("quit")){ break; } } } }
该程序在PTA平台上也可见
运行结果如下：
实验总结：
通过本周的学习，我理解了泛型概念，了解了泛型程序设计，泛型类和泛型方法同时具备可重用性、类型安全和效率，泛型类不会强行对值类型进行装箱和拆箱，或对引用类型进行向下强制类型转换，我觉得泛型程序设计的优点是编写代码可以被很多不同类型的对象所重用。在学习理论课时，听老师讲泛型类不算特别难，但在实验课上运行程序时，对程序的理解还不够透彻。在今后的学习中，会对程序多加练习，将知识点理解好来。在本次的结对编程中，通过和同伴进行讨论，不断的进行程序的调试，最后调试成功了，在本次讨论中明白了自己在知识这方面还是有点欠缺，同时也从同伴身上学到了一些东西，自己也会在以后的学习中不断加强对知识的掌握。
