Java 泛型詳解
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66套java從入門(mén)到精通實(shí)戰(zhàn)課程分享
1、概述
在 Java5 以前，普通的類(lèi)和方法只能使用特定的類(lèi)型：基本數(shù)據(jù)類(lèi)型或類(lèi)類(lèi)型，如果編寫(xiě)的代碼需要應(yīng)用于多種類(lèi)型，這種嚴(yán)苛的限制對(duì)代碼的束縛就會(huì)很大
Java5 的一個(gè)重大變化就是引入泛型，泛型實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化類(lèi)型，使得你編寫(xiě)的組件（通常是集合）可以適用于多種類(lèi)型。泛型的初衷是通過(guò)解耦類(lèi)或方法與所使用的類(lèi)型之間的約束，使得類(lèi)或方法具備最寬泛的表達(dá)力。然而很快你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，Java 中的泛型并沒(méi)有你想的那么完美，甚至存在一些令人迷惑的實(shí)現(xiàn)
2、泛型類(lèi)
促成泛型出現(xiàn)的最主要?jiǎng)訖C(jī)之一就是為了創(chuàng)建集合類(lèi)，集合用于存放要使用到的對(duì)象?，F(xiàn)有一個(gè)只能持有單個(gè)對(duì)象的類(lèi)：
class?Automobile?{}
public?class?Holder1?{
????private?Automobile?a;
????public?Holder1(Automobile?a)?{?this.a?=?a;?}
????Automobile?get()?{?return?a;?}
}
如果沒(méi)有泛型，那么就必須明確指定其持有的對(duì)象的類(lèi)型，會(huì)導(dǎo)致該復(fù)用性不高，它無(wú)法持有其他類(lèi)型的對(duì)象，我們當(dāng)然不希望為每個(gè)類(lèi)型都編寫(xiě)一個(gè)新類(lèi)
在 Java5 以前，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以讓這個(gè)類(lèi)直接持有 Object 類(lèi)型的對(duì)象，這樣就可以持有多種不同類(lèi)型的對(duì)象了。但通常而言，我們只會(huì)用集合存儲(chǔ)同一類(lèi)型的對(duì)象。泛型的主要目的之一就是用來(lái)約定集合要存儲(chǔ)什么類(lèi)型的對(duì)象，并且通過(guò)編譯器確保規(guī)約得以滿足
所以，與其使用 Object，我們更希望先指定一個(gè)類(lèi)型占位符，稍后再?zèng)Q定具體使用什么類(lèi)型。由此我們需要使用類(lèi)型參數(shù)，用尖括號(hào)括住，放在類(lèi)名后面。然后在使用這個(gè)類(lèi)時(shí)，再用實(shí)際的類(lèi)型替換此類(lèi)型參數(shù)
public?class?GenericHolder?{
????private?T?a;
????public?GenericHolder()?{}
????public?void?set(T?a)?{?this.a?=?a;?}
????public?T?get()?{?return?a;?}
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????//?在?Java7?中右邊的尖括號(hào)可以為空
????????GenericHolder?h2?=?new?GenericHolder();
????????GenericHolder?h3?=?new?GenericHolder<>();
????????h3.set(new?Automobile());?//?此處有類(lèi)型校驗(yàn)
????????Automobile?a?=?h3.get();??//?無(wú)需類(lèi)型轉(zhuǎn)換
????????//-?h3.set("Not?an?Automobile");?//?報(bào)錯(cuò)
????}
}
3、元組類(lèi)庫(kù)
有時(shí)一個(gè)方法需要能返回多個(gè)對(duì)象，而 return語(yǔ)句只能返回單個(gè)對(duì)象，解決的方法就是創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，用它來(lái)打包想要返回的多個(gè)對(duì)象。元組的概念正是基于此，元組將一組對(duì)象直接打包存儲(chǔ)于單一對(duì)象中，可以從該對(duì)象讀取其中元素，卻不允許向其中存儲(chǔ)新對(duì)象（這個(gè)概念也稱(chēng)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象或信使）
元組可以具有任意長(zhǎng)度，元組中的對(duì)象可以是不同類(lèi)型的，我們希望能為每個(gè)對(duì)象指明類(lèi)型，這時(shí)泛型就派上用場(chǎng)了。例如下面是一個(gè)可以存儲(chǔ)兩個(gè)對(duì)象的元組：
public?class?Tuple?{
????public?final?A?a1;
????public?final?B?a2;
????public?Tuple(A?a,?B?b)?{?a1?=?a;?a2?=?b;?}
????public?String?rep()?{?return?a1?+?",?"?+?a2;?}
????@Override
????public?String?toString()?{
????????return?"("?+?rep()?+?")";
????}
} 使用 final 修飾成員變量可以保證其不被修改，如果用戶想存儲(chǔ)不同的元素，那么就必須創(chuàng)建新的 Tuple 對(duì)象。當(dāng)然也可以允許用戶重新對(duì) a1、a2 賦值，但無(wú)疑前一種形式會(huì)更加安全
利用繼承機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度更長(zhǎng)的元組：
public?class?Tuple3?extends?Tuple2?{
????public?final?C?a3;
????public?Tuple3(A?a,?B?b,?C?c)?{
????????super(a,?b);
????????a3?=?c;
????}
????@Override
????public?String?rep()?{
????????return?super.rep()?+?",?"?+?a3;
????}
}
4、泛型方法
到目前為止，我們已經(jīng)研究了參數(shù)化整個(gè)類(lèi)，其實(shí)還可以參數(shù)化類(lèi)中的方法。類(lèi)本身是否是泛型，與它的方法是否是泛型并沒(méi)有什么直接關(guān)系。我們應(yīng)該盡可能使用泛型方法，通常將單個(gè)方法泛型化要比將整個(gè)類(lèi)泛型化要更加清晰易懂
要定義泛型方法，請(qǐng)將泛型參數(shù)列表放置在返回值之前：
public?class?GenericMethods?{
????public??void?f(T?x)?{
????????System.out.println(x.getClass().getName());
????}
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????GenericMethods?gm?=?new?GenericMethods();
????????gm.f("");
????????gm.f(1);
????????gm.f(1.0);
????????gm.f(1.0F);
????????gm.f('c');
????????gm.f(gm);
????}
} 使用泛型方法時(shí)，通常不需要指定參數(shù)類(lèi)型，因?yàn)榫幾g器會(huì)找出這些類(lèi)型，這稱(chēng)為類(lèi)型參數(shù)推斷，因此，對(duì) f() 的調(diào)用看起來(lái)像普通的方法調(diào)用，而且像是被重載了無(wú)數(shù)次一樣
5、泛型擦除
當(dāng)你開(kāi)始深入研究泛型時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)殘酷的現(xiàn)實(shí)：在泛型代碼內(nèi)部，無(wú)法獲取任何有關(guān)泛型參數(shù)類(lèi)型的信息
class?Frob?{}
class?Fnorkle?{}
class?Quark?{}
class?Particle?{}
public?class?LostInformation?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????List?list?=?new?ArrayList<>();
????????Map?map?=?new?HashMap<>();
????????Quark?quark?=?new?Quark<>();
????????Particle?p?=?new?Particle<>();
????????System.out.println(Arrays.toString(list.getClass().getTypeParameters()));
????????System.out.println(Arrays.toString(map.getClass().getTypeParameters()));
????????System.out.println(Arrays.toString(quark.getClass().getTypeParameters()));
????????System.out.println(Arrays.toString(p.getClass().getTypeParameters()));
????}
}
/*?Output:
[E]
[K,V]
[Q]
[POSITION,MOMENTUM]
*/
正如上例中輸出所示，你只能看到用作參數(shù)占位符的標(biāo)識(shí)符，這并非有用的信息。Java 泛型是使用擦除實(shí)現(xiàn)的，這意味著當(dāng)你在使用泛型時(shí)，任何具體的類(lèi)型信息都被擦除了，你唯一知道的就是你在使用一個(gè)對(duì)象。因此 List
再來(lái)看一個(gè)例子：
class?Manipulator?{
????private?T?obj;
????Manipulator(T?x)?{
????????obj?=?x;
????}
????//?Error:?cannot?find?symbol:?method?f():
????public?void?manipulate()?{
????????obj.f();
????}
}
public?class?Manipulation?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????HasF?hf?=?new?HasF();
????????Manipulator?manipulator?=?new?Manipulator<>(hf);
????????manipulator.manipulate();
????}
} 因?yàn)椴脸?，Java 編譯器無(wú)法將 manipulate() 方法能調(diào)用 obj 的 f() 方法這一需求映射到 HasF 具有 f() 方法這個(gè)事實(shí)上。為了調(diào)用 f()，我們必須協(xié)助泛型類(lèi)，為泛型類(lèi)給定一個(gè)邊界，以此告訴編譯器只能接受遵循這個(gè)邊界的類(lèi)型。這里重用了 extends 關(guān)鍵字。由于有了邊界，下面的代碼就能通過(guò)編譯：
public?class?Manipulator2?{
????private?T?obj;
????Manipulator2(T?x)?{
????????obj?=?x;
????}
????public?void?manipulate()?{
????????obj.f();
????}
} 邊界
這提出了很重要的一點(diǎn)：泛型只有在類(lèi)型參數(shù)比某個(gè)具體類(lèi)型（以及其子類(lèi)）更加“泛化”，代碼能跨多個(gè)類(lèi)工作時(shí)才有用。因此，使用類(lèi)型參數(shù)通常比簡(jiǎn)單的聲明類(lèi)更加復(fù)雜。但是，不能因此認(rèn)為使用
有關(guān)泛型擦除的困惑，其實(shí)是 Java 為實(shí)現(xiàn)泛型的一種妥協(xié)，因?yàn)榉盒筒⒉皇?Java 語(yǔ)言出現(xiàn)時(shí)就有的。擦除減少了泛型的泛化性，泛型類(lèi)型只有在靜態(tài)類(lèi)型檢測(cè)期間才出現(xiàn)，在此之后，程序中的所有泛型類(lèi)型都將被擦除，替換為它們的非泛型上界。例如， List
在 Java5 以前編寫(xiě)的類(lèi)庫(kù)是沒(méi)有使用泛型的，而作者可能打算重新用泛型編寫(xiě)，或者根本不打算這樣做。Java 設(shè)計(jì)者們既要保證舊代碼和類(lèi)文件依然合法，還得考慮當(dāng)某個(gè)類(lèi)庫(kù)變?yōu)榉盒蜁r(shí)，不會(huì)破壞依賴(lài)于它的代碼和應(yīng)用。Java 設(shè)計(jì)者們最終認(rèn)為泛型是唯一可行的解決方案，擦除使得向泛型的遷移成為可能，為了實(shí)現(xiàn)非泛型的代碼和泛型代碼共存，必須將某個(gè)類(lèi)庫(kù)使用了泛型這樣的“證據(jù)”擦除
基于上述觀點(diǎn)，當(dāng)你在編寫(xiě)泛型代碼時(shí)，必須時(shí)刻提醒自己，你只是看起來(lái)?yè)碛杏嘘P(guān)參數(shù)的類(lèi)型信息而言。因?yàn)椴脸?，我們無(wú)法在運(yùn)行時(shí)知道確切的類(lèi)型，為了補(bǔ)償擦除帶來(lái)的弊端，我們可以為所需的類(lèi)型顯示傳遞一個(gè) Class 對(duì)象，以在類(lèi)型表達(dá)式中使用它
class?Building?{
}
class?House?extends?Building?{
}
public?class?ClassTypeCapture?{
????Class?kind;
????public?ClassTypeCapture(Class?kind)?{
????????this.kind?=?kind;
????}
????public?boolean?f(Object?arg)?{
????????return?kind.isInstance(arg);
????}
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????ClassTypeCapture?ctt1?=
????????????????new?ClassTypeCapture<>(Building.class);
????????System.out.println(ctt1.f(new?Building()));
????????System.out.println(ctt1.f(new?House()));
????????ClassTypeCapture?ctt2?=
????????????????new?ClassTypeCapture<>(House.class);
????????System.out.println(ctt2.f(new?Building()));
????????System.out.println(ctt2.f(new?House()));
????}
}
6、邊界和通配符
由于擦除會(huì)刪除類(lèi)型信息，因此唯一可用于無(wú)限制泛型參數(shù)的方法是那些 Object 可用的方法。邊界允許我們對(duì)泛型使用的參數(shù)類(lèi)型施以類(lèi)型，將參數(shù)限制為某類(lèi)型的子集，那么就可以調(diào)用該子集中的方法。為了應(yīng)用約束，Java 泛型使用了 extends 關(guān)鍵字
class?Coord?{
????public?int?x,?y,?z;
}
interface?Weight?{
????int?weight();
}
class?Solid?{
????T?item;
????Solid(T?item)?{
????????this.item?=?item;
????}
????T?getItem()?{
????????return?item;
????}
????int?getX()?{
????????return?item.x;
????}
????int?getY()?{
????????return?item.y;
????}
????int?getZ()?{
????????return?item.z;
????}
????int?weight()?{
????????return?item.weight();
????}
}
class?Bounded
????????extends?Coord?implements?Weight?{
????@Override
????public?int?weight()?{
????????return?0;
????}
}
public?class?BasicBounds?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Solid?solid?=
????????????????new?Solid<>(new?Bounded());
????????solid.getY();
????????solid.weight();
????}
} 引入通配符可以在泛型實(shí)例化時(shí)更加靈活地控制，也可以在方法中控制方法的參數(shù)，具體語(yǔ)法如下：
? extends T：表示 T 或 T 的子類(lèi)
? super T：表示 T 或 T 的父類(lèi)
?：表示可以是任意類(lèi)型
7、值得注意的問(wèn)題
在這里主要闡述在使用 Java 泛型時(shí)會(huì)出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題
1. 任何基本數(shù)據(jù)類(lèi)型不能作為類(lèi)型參數(shù)
Java 泛型的限制之一是不能將基本類(lèi)型用作類(lèi)型參數(shù)。因此，不能創(chuàng)建 ArrayList
2. 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化接口
一個(gè)類(lèi)不能實(shí)現(xiàn)同一個(gè)泛型接口的兩種變體，由于擦除的原因，這兩個(gè)變體會(huì)成為相同的接口。下面是產(chǎn)生這種沖突的情況：
interface?Payable?{}
class?Employee?implements?Payable?{}
class?Hourly?extends?Employee?implements?Payable?{} Hourly 不能編譯，因?yàn)椴脸龝?huì)將 Payable
3. 轉(zhuǎn)型和警告
使用帶有泛型類(lèi)型參數(shù)的轉(zhuǎn)型不會(huì)有任何效果，例如：
class?Storage?{
????
????private?Object?obj;
????Storage()?{
????????obj?=?new?Object();
????}
????@SuppressWarnings("unchecked")
????public?T?pop()?{
????????return?(T)obj;
????}
}
public?class?GenericCast?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Storage?storage?=?new?Storage<>();
????????System.out.println(storage.pop());
????}
}
如果沒(méi)有 @SuppressWarnings 注解，編譯器將對(duì) pop() 產(chǎn)生 “unchecked cast” 警告。由于擦除的原因，編譯器無(wú)法知道這個(gè)轉(zhuǎn)型是否是安全的，并且 pop() 方法實(shí)際上并沒(méi)有執(zhí)行任何轉(zhuǎn)型。這是因?yàn)?，T 被擦除到它的第一個(gè)邊界，默認(rèn)情況下是 Object，因此 pop() 實(shí)際上只是將 Object 轉(zhuǎn)型為 Object
4. 重載
下面的程序是不能編譯的，因?yàn)椴脸?，所以重載方法產(chǎn)生了相同的類(lèi)型簽名
public?class?UseList?{
????void?f(List?v)?{}
????void?f(List?v)?{}
}
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