201871010131-张兴盼《面向对象程序设计(java)》第十一周学习总结
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《面向对象程序设计(java)》 |
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第一部分:总结第八章关于泛型程序设计理论知识
一、泛型:
泛型本质是指类型参数化。意思是允许在定义类、接口、方法时使用类型形参,当使用时指定具体类型,所有使用该泛型参数的地方都被统一化,保证类型一致。如果未指定具体类型,默认是Object类型。集合体系中的所有类都增加了泛型,泛型也主要用在集合。
二、泛型的定义:
- 编译时确定类型,保证类型安全,避免类型转换异常。
- 避免了强制类型转换。
- 代码利于重用,增加通用性。
四、泛型的限制和规则
- 泛型的类型参数只能是引用类型,不能使用值类型。
- 泛型的类型参数可以有多个。
- 泛型类不是真正存在的类,不能使用instanceof运算符。
- 泛型类的类型参数不能用在静态申明。
- 如果定义了泛型,不指定具体类型,泛型默认指定为Ojbect类型。
- 泛型使用?作为类型通配符,表示未知类型,可以匹配任何类型。因为是未知,所以无法添加元素。
- 类型通配符上限:<? extends T>,?代表是T类型本身或者是T的子类型。常用于泛型方法,避免类型转换。
- 类型通配符下限。<? super T>,?代表T类型本身或者是T的父类型。
- 除了通配符可以实现限制,类、接口和方法中定义的泛型参数也能限制上限和下限。
五、泛型的几个概述:
1:从Java程序设计语言1.0版发布以来,变化最大的部分就是泛型。
2:使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱的使用Object变量,然后在进行强制类型转换的的代码具有更好的安全性和可读性。
3:泛型程序设计意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用。
4:在Java中增加泛型类之前,泛型程序设计是用继承实现的,使用这种方法有两个问题:当获取一个值时必须进行强制类型转换;此外这里也没有错误检查,也就是说可以向数组列表中添加任何类的对象。
5:泛型通过提供一个类型参数,用来指示元素类型,从而解决了使用继承实现泛型的弊端,使得程序具有更好的可读性和安全性。
六、泛型代码示例
1、集合类演示泛型
//未指定泛型 TreeSet ts = new TreeSet(); ts.add(10); ts.add(25); ts.add("30"); System.out.println(ts);//运行时报错,类型转换异常 //mode 2 TreeSet<Integer> ts2 = new TreeSet<>(); ts2.add(10); ts2.add(25); ts2.add("30"); //编译器提示报错,无法添加非Integer类型
未使用泛型时,可以添加任意元素,因为TreeSet会比较每一个元素,所以运行时会引发类型转换异常。使用泛型后,只能添加同一个类型,所以不会出错。
2、定义泛型类
public class Person<T> { private T name;//类型是未知的 public Person(T name) { this.name = name; } public T getName() { return name; } public void sexName(T name) { this.name = name; } }在上面实例中,Person类定义成泛型类,成员变量name的类型指定为T,表示未知类型。实例化该类对象后,可以看到name的类型是Object,表示可以接收任何类型。
Person p = new Person(10); //new Person(Object name)加上泛型后
//使用泛型两种方式 Person<String> ps = new Person<String>(); //new Person<String>(String name) Person<String> ps = new Person<>();//new Person<>(T name)第一种,会直接确定参数类型是什么,而第二种的参数类型是T ,但如果加入的非String类型,编译器会检查并报错。两者区别不大。在JDK1.7之后使用第二种,会自动检查泛型,可以省略后部分<>的泛型参数,建议使用第二种。
3、定义泛型接口
interface A<T>{ void display(T value); T getValue(T v); } //未对泛型接口指定具体类型 public class Person implements A{ @Override public void display(Object obj) { System.out.println(); } @Override public Object getValue(Object v) { return null; } }
//泛型接口 interface A<T>{ void display(T value); T getValue(T v); } //为泛型接口指定具体类型 public class Person implements A<String>{ @Override public void display(String value) { } @Override public String getValue(String v) { return null; } }泛型接口指定具体类型后,所有使用了该泛型参数的地方都被统一化。其实泛型接口和泛型类是一样的写法。
4、定义泛型方法
先使用常规方法进行对比。
public static void main(String[] args) { int[] arr = new int[] {1, 8, 15, 6, 3}; double[] douArr = {10.5, 25.1, 4.9, 1.8}; String[] strArr = {"我","是","字","符","串"}; forArr(strArr); } //遍历数组的重载方法,支持int和double类型 public static void forArr(int[] arr) { for(int i=0; i<arr.length; i++) { System.out.println(arr[i]); } } //重载了 public static void forArr(double[] arr) { for(double d : arr) { System.out.println(d); } } //…… //……
如上所示,如果想遍历Stirng类型数组,那就还要再次重载代码,如果是八种类型都有,代码量非常庞大。使用泛型方法全部通用,代码如下:
public static void main(String[] args) { Integer[] arr = {1, 8, 15, 6, 3}; Double[] douArr = {10.5, 25.1, 4.9, 1.8}; String[] strArr = {"我","是","字","符","串"}; forArrGenric(strArr); } //泛型方法 public static <T> void forArrGenric(T[] arr) { for(int i=0; i < arr.length; i++) { System.out.println(arr[i]); } }只需定义一个泛型方法,根据运行时传入的参数类型,动态地获取类型,就能做到遍历所有类型数组。但需要注意,泛型的类型参数只能是引用类型,值类型无法在泛型中使用,所以上面的数组都改成了引用类型。值类型需要使用对应的包装类类型。
七、类型变量的限定
1、泛型变量的上界:如<T extends Number>(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,extends并不代表继承,它是类型范围限制。)
2、<T extends Bounding Type>表示T应该是绑定类型的子类型。
3、一个类型变量和通配符可以有多个限定,限定类型用“&”分割。eg:<T entends Compareable & Seriaizable>
八、泛型类型的继承规则
1、Java中的数组是协变的(covariant)。例如:Integer扩展了Number,那么在要求Number[]的地方完全可以传递或者赋予Integer[],Number[]也是Integer[]的超类型。
2、Employee是Manager的超类,因此可以将一个Manager[]数组赋给一个类型为Employee[]的变量: Manager[] managerBuddies = {ceo, cfo};
Employee[] employeeBuddies = managerBuddies;
但这一原理不适用于泛型类型。例如:
Pair<Manager> managerBuddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo);
Pair<Employee> employeeBuddies = managerBuddies; //illegal
employeeBuddies.setFirst(lowlyEmployee);不允许这样做的理由:避免破坏要提供类型的安全泛型。
3、Java中泛型类不具协变性。如果能够将List<Integer>赋给 List<Number>。那么下面的代码就允许将非Integer的内容放入 List<Integer>:
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
List<Number> ln = li; // illegal
ln.add(new Float(3.1415));
4、泛型类可扩展或实现其它的泛型类。例如,ArrayList<T>类实现List<T>接口。这意味着,一个ArrayList<Manager>可以被转换为一个List<Manager>。
九、泛型类的约束与局限性
1、不能用基本类型实例化类型参数
2、运行时类型查询只适用于原始类型
3、不能抛出也不能捕获泛型类实例
4、参数化类型的数组不合法
5、参数化类型的数组不合法
6、泛型类的静态上下文中类型变量无效
十、通配符类型
1、通配符:“?”符号表明参数的类型可以是任何一种类型,而T表示一种未知类型。
2、通配符的一般用法:a.?: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。
3、无界通配符(*): Pair< ? >
4、通配符“?”同样可以对类型进行限定。可以分为子类型限定、超类型限定和无限定。通配符不是类型变量,因此不能在代码中使用"?"作为一种类型。
第二部分:实验部分
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:
l 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;
l 在泛型类定义及使用代码处添加注释;
l 掌握泛型类的定义及使用。
Pair程序代码如下:
package pair1; /** * @version 1.00 2004-05-10 * @author Cay Horstmann */ public class Pair<T> //定义一个泛型类Pair,并在该类中引入一个变量T(表示任意类型) { private T first; private T second; //泛型声明时不能使用静态方法或静态属性 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; } }
PairTest1 程序代码如下:
package pair1;
/** * @version 1.01 2012-01-26 * @author Cay Horstmann */ public class PairTest1 { public static void main(String[] args) {
//引用时指定类型(引用类型) String[] words = { "Mary", "had", "a", "little", "lamb" };//调用泛型方法 Pair<String> mm = ArrayAlg.minmax(words); System.out.println("min = " + mm.getFirst()); 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)//将泛型利用到方法上就可以定义一个泛型方法
//注意将类型变量放到修饰符的后面,返回类型的前面。当调用一个泛型方法时,在方法名前的尖括号中放入具体的类型。当然,如果参数不存在类型转换问题,编译器有足够的信息可以推断出参数类型,则可以省略。
{ if (a == null || a.length == 0) return null; 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]; if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i]; } return new Pair<>(min, max); } }
程序运行结果如下:
测试程序2:
l 编辑、调试运行教材315页 PairTest2,结合程序运行结果理解程序;
l 在泛型程序设计代码处添加相关注释;
l 了解泛型方法、泛型变量限定的定义及用途。
Pair程序代码如下:
package pair2; /** * @version 1.00 2004-05-10 * @author Cay Horstmann */ public class Pair<T>{ //定义一个泛型类Pair,并在该类中引入一个变量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; } }
PairTest2程序代码如下:
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 }; Pair<LocalDate> mm = ArrayAlg.minmax(birthdays);//这是一个泛型方法,从尖括号和类型变量可以看出 System.out.println("min = " + mm.getFirst()); System.out.println("max = " + mm.getSecond()); } } class ArrayAlg//创建一个泛型类 { /** 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,通过指定< T extends Comparable >
表明类型参数需要是实现Comparable接口的类(这里T表示的是绑定类型的子类型。T和绑定类型可以是类,也可以是接口)*/ { if (a == null || a.length == 0) return null; T min = a[0]; T max = a[0];//变量min和max类型是T for (int i = 1; i < a.length; i++) { if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i]; if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i]; } return new Pair<>(min, max);返回泛型类 } }
运行结果如下:
小结:我们发现,在这个程序中泛型方法并不是在泛型类中定义的,也就是说,泛型方法不一定非得定义在泛型类中。在对类型变量的限定中,我们使用了extends关键字,意思就是只有实现了Comparable接口的类才可以使用这个泛型方法。
测试程序3:
l 用调试运行教材335页 PairTest3,结合程序运行结果理解程序;
l 了解通配符类型的定义及用途。
Pair程序代码如下:
package pair3; /** * @version 1.00 2004-05-10 * @author Cay Horstmann */ public class Pair<T> { private T first; private T second; //构造器 public Pair() { first = null; second = null; } public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } //get方法 public T getFirst() { return first; } public T getSecond() { return second; } //set方法 public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }// public void setSecond(T newValue) { second = newValue; } }
PairTest3程序代码如下:
package pair3; /** * @version 1.01 2012-01-26 * @author Cay Horstmann */ public class PairTest3 { public static void main(String[] args) { var ceo = new Manager("Gus Greedy", 800000, 2003, 12, 15); var cfo = new Manager("Sid Sneaky", 600000, 2003, 12, 15); var buddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo); printBuddies(buddies); ceo.setBonus(1000000); cfo.setBonus(500000); Manager[] managers = { ceo, cfo };//创建一个manger数组 var result = new Pair<Employee>();//创建一个泛型类对象 minmaxBonus(managers, result); System.out.println("first: " + result.getFirst().getName() + ", second: " + result.getSecond().getName()); maxminBonus(managers, result); System.out.println("first: " + result.getFirst().getName() + ", second: " + result.getSecond().getName()); } public static void printBuddies(Pair<? extends Employee> p) { Employee first = p.getFirst(); Employee second = p.getSecond(); System.out.println(first.getName() + " and " + second.getName() + " are buddies."); } public static void minmaxBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result) { if (a.length == 0) return; Manager min = a[0]; Manager max = a[0]; for (int i = 1; i < a.length; i++) { if (min.getBonus() > a[i].getBonus()) min = a[i]; if (max.getBonus() < a[i].getBonus()) max = a[i]; } result.setFirst(min); result.setSecond(max); } public static void maxminBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result) { minmaxBonus(a, result); PairAlg.swapHelper(result); // OK--swapHelper captures wildcard type } // can't write public static <T super manager> . . . } class PairAlg { public static boolean hasNulls(Pair<?> p)//调用hasNulls方法 { return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null; } public static void swap(Pair<?> p) { swapHelper(p); }//调用swap方法 public static <T> void swapHelper(Pair<T> p)//定义一个泛型类变量T { T t = p.getFirst(); p.setFirst(p.getSecond()); p.setSecond(t); } }
Employee程序代码如下:
package pair3; import java.time.*; public class Employee { private String name;//private定义了一个只能在该类中访问的字符串变 private double salary; private LocalDate hireDay; public Employee(String name, double salary, int year, int month, int day) { this.name = name;//将局部变量的值传递给成员变量 this.salary = salary; hireDay = LocalDate.of(year, month, day); }//一个构造器,构造器与类同名 public String getName() { return name; }//访问器 public double getSalary() { return salary; }//访问器 public LocalDate getHireDay() { return hireDay; }//访问器 public void raiseSalary(double byPercent) { double raise = salary * byPercent / 100; salary += raise; } }
Manager程序代码如下:
package pair3; public class Manager extends Employee//扩展了一个子类Manager { 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);//调用了父类的构造 bonus = 0; } public double getSalary() { double baseSalary = super.getSalary();//调用父类的方法 return baseSalary + bonus;//可以重写父类的方法 } public void setBonus(double b) { bonus = b; }//构造器 public double getBonus() { return bonus; } }
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
ü 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。
ü 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。
ü 输入Double ,打印Double Test。剩下的与输入Integer一样。
ü 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{
//创建一个实现GeneralStack接口的类
ArrayList list=new ArrayList(); @Override//重写toString方法
public String toString() { return list.toString(); } @Override//重写压栈方法
public Object push(Object item) { if (list.add(item)){ return item; }else { return false; } } @Override//重写出栈方法 public Object pop() { if (list.size()==0){//判断栈为空时,返回null return null; } return list.remove(list.size()-1); } @Override//重写获取栈顶元素的函数
public Object peek() { return list.get(list.size()-1); } @Override public boolean empty() {//栈为空时,直接返回boolean值
if (list.size()==0){ return true; }else { return false; } } @Override//重写得到栈中元素个数的函数
public int size() { return list.size(); } } class Car{//定义一个Car类 private int id;//两个私有属性 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 sc=new Scanner(System.in); while (true){ String s=sc.nextLine();//输入选项,有quit, Integer, Double, Car 4个选项。 if (s.equals("Double")){//输入Double ,打印Double Test。
System.out.println("Double Test"); int count=sc.nextInt(); int pop_time=sc.nextInt(); ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();//建立可以存放Double类型的ArrayListGeneralStack。 for (int i=0;i<count;i++){//入栈次数 System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(sc.nextDouble())); } for (int i=0;i<pop_time;i++){//出栈次数 System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop()); } System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());//打印栈的toString方法
double sum=0; int size=arrayListGeneralStack.size(); for (int i=0;i<size;i++){ sum+=(double)arrayListGeneralStack.pop();//最后将栈中剩余元素出栈并累加输出。 } System.out.println("sum="+sum); System.out.println("interface GeneralStack"); }else if (s.equals("Integer")){
//输入Integer,打印Integer Test。
System.out.println("Integer Test"); int count=sc.nextInt(); int pop_time=sc.nextInt(); ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
//输入Integer,打印Integer Test。
for (int i=0;i<count;i++){
//入栈次数
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(sc.nextInt())); } for (int i=0;i<pop_time;i++){//出栈次数 System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop()); } System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
//打印栈的toString方法。
int sum=0; int size=arrayListGeneralStack.size(); for (int i=0;i<size;i++){ sum+=(int)arrayListGeneralStack.pop();//最后将栈中剩余元素出栈并累加输出。
} System.out.println("sum="+sum); System.out.println("interface GeneralStack"); }else if (s.equals("Car")){//输入Car,打印Car Test
System.out.println("Car Test"); int count=sc.nextInt(); int pop_time=sc.nextInt(); ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();//创建可以存放Car类型的ArrayListGeneralStack。
for (int i=0;i<count;i++){ int id=sc.nextInt(); String name=sc.next(); Car car = new Car(id,name); System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(car)); } for (int i=0;i<pop_time;i++){//出栈次数 System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop()); } System.out.println(arrayListGeneralStack.toString()); if (arrayListGeneralStack.size()>0){ int size=arrayListGeneralStack.size(); for (int i=0;i<size;i++){ Car car=(Car) arrayListGeneralStack.pop();//将栈中元素出栈,并将其name依次输出。 System.out.println(car.getName()); } } System.out.println("interface GeneralStack"); }else if (s.equals("quit")){//如果输入quit,程序直接退出。
break; } } } }
运行结果如下:
第三部分:实验总结:
在这周的学习中,我们需要掌握泛型程序的设计。在理论课上我初次了解到泛型程序设计的时候,觉得对泛型的概念还是觉得很抽象,根本不清楚泛型程序设计究竟是如何去实现的。后来又通过上网搜索,自己又对书本上的概念进行了详细的解读,也逐渐对泛型程序设计的大体思路有了一点头绪。
本周的实验内容相较之前的训练新加入了结对编程这个环节。在完成作业的过程中,我与伙伴遇到的最大问题就是编程能力的欠缺。实验课上学长也给我们演示了如何去写出一个完整的java程序,如何按照题目需求去思考问题,去架构程序框架。我们在课后也自己动手做了相应的练习,直观反映出的问题就是基础太薄弱了,应对这个问题我们会在之后的学习中不断练习,争取可以自己写出一个完整的java程序。