学习总结录
旭日
2023-03-31
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Java-泛型

# 泛型的引入

现在我们有一个集合，但是我们并没有指定集合存储数据的类型，那么这个集合是可以添加任意类型的数据：

List list = new ArrayList<>();
list.add("abc");
list.add(18);
list.add(new double[] {1.0, 2.0});

当我们试图从容器中取整形数据时，由于 List 当成 Object 类型来存储，我们不得不使用类型强制转换。在运行时，才会发现 List 中数据不存储一致的问题，这就为程序运行带来了很大的风险。

List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String s = (String) list.get(0);

泛型的出现，解决了类型安全问题：

  • 泛型要求在声明时指定实际数据类型，Java 编译器在编译时会对泛型代码做强类型检查，并在代码违反类型安全时发出告警。

  • 通过使用泛型，程序员可以实现通用算法，这些算法可以处理不同类型的集合，可以自定义，并且类型安全且易于阅读。

# 泛型类型

泛型类型是被参数化的类或接口。

# 泛型类

泛型类的语法形式：

class name<T1, T2, ..., Tn> { /* ... */ }

未应用泛型的类

在泛型出现之前，如果一个类想持有一个可以为任意类型的数据，只能使用 Object 做类型转换。

public class Info {
	private Object value;

	public Object getValue() {
		return value;
	}

	public void setValue(Object value) {
		this.value = value;
	}
}

单类型参数的泛型类

public class Info<T> {
    private T value;

    public Info() { }

    public Info(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Info{" + "value=" + value + '}';
    }
}

多个类型参数的泛型类

public class MyMap<K,V> {
    private K key;
    private V value;

    public MyMap(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }
}

# 泛型接口

泛型接口语法形式：

public interface Content<T> {
    T text();
}

泛型接口有两种实现方式：

方式一：实现的接口子类明确声明泛型类型

public class GenericsInterfaceDemo01 implements Content<Integer> {
    private int text;

    public GenericsInterfaceDemo01(int text) {
        this.text = text;
    }

    @Override
    public Integer text() { return text; }

    public static void main(String[] args) {
        GenericsInterfaceDemo01 demo = new GenericsInterfaceDemo01(10);
        System.out.print(demo.text());
    }
}

方式二：实现接口的子类不明确声明泛型类型

public class GenericsInterfaceDemo02<T> implements Content<T> {
    private T text;

    public GenericsInterfaceDemo02(T text) {
        this.text = text;
    }

    @Override
    public T text() { return text; }

    public static void main(String[] args) {
        GenericsInterfaceDemo02<String> gen = new GenericsInterfaceDemo02<>("ABC");
        System.out.print(gen.text());
    }
}

# 泛型方法

泛型方法是引入其自己的类型参数的方法。泛型方法可以是普通方法、静态方法以及构造方法。

泛型方法语法形式如下：

public <T> T func(T obj) {}

使用泛型方法的时候，通常不必指明类型参数，因为编译器会为我们找出具体的类型。这称为类型参数推断（type argument inference）。类型推断只对赋值操作有效，其他时候并不起作用。

public class GenericsMethodDemo01 {
    public static <T> void printClass(T obj) {
        System.out.println(obj.getClass().toString());
    }

    public static void main(String[] args) {
        printClass("abc");
        printClass(10);
    }
}

可变参数：

public class GenericVarargsMethodDemo {
    public static <T> List<T> makeList(T... args) {
        List<T> result = new ArrayList<T>();
        Collections.addAll(result, args);
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<String> ls = makeList("A");
        System.out.println(ls);
        ls = makeList("A", "B", "C");
        System.out.println(ls);
    }
}

# 类型擦除

Java 语言引入泛型是为了在编译时提供更严格的类型检查，并支持泛型编程。Java 泛型是使用类型擦除来实现的，使用泛型时，任何具体的类型信息都被擦除了。

类型擦除主要做了如下工作：

  • 把泛型中的所有类型参数替换为 Object，如果指定类型边界，则使用类型边界来替换。因此，生成的字节码仅包含普通的类，接口和方法。
  • 擦除出现的类型声明，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。如有必要，插入类型转换以保持类型安全。
public class GenericsErasureTypeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list1 = new ArrayList<Object>();
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        System.out.println(list1.getClass());
        System.out.println(list2.getClass());
    }
}
// Output:
// class java.util.ArrayList
// class java.util.ArrayList

在这个例子中，虽然指定了不同的类型参数，但是list1和list2的类信息还是一样的，在泛型使用中，任何具体的类型信息都被擦除了。

# 类型边界

如果希望限制可在参数化类型中用作类型参数的类型，类型边界可以对泛型的类型参数设置限制条件。

要声明有界类型参数：列出类型参数的名称，然后是 extends 关键字，后跟其限制类或接口：

<T extends XXX>

public class GenericsExtendsDemo01 {
    static <T extends Comparable<T>> T max(T x, T y, T z) {
        T max = x; // 假设x是初始最大值
        if (y.compareTo(max) > 0) {
            max = y; //y 更大
        }
        if (z.compareTo(max) > 0) {
            max = z; // 现在 z 更大
        }
        return max; // 返回最大对象
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(max(3, 4, 5));
        System.out.println(max(6.6, 8.8, 7.7));
        System.out.println(max("pear", "apple", "orange"));
    }
}

# 类型通配符

# 上界通配符

可以使用上界通配符来缩小类型参数的类型范围，语法为：

<? extends Number>

public class GenericsUpperBoundedWildcardDemo {
    public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {
        double s = 0.0;
        for (Number n : list) {
            s += n.doubleValue();
        }
        return s;
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> li = Arrays.asList(1, 2, 3);
        System.out.println("sum = " + sumOfList(li));
    }
}

# 下界通配符

下界通配符将未知类型限制为该类型的特定类型或超类类型，语法为：

<? super Number>

public class GenericsLowerBoundedWildcardDemo {
    public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            list.add(i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        addNumbers(list);
        System.out.println(Arrays.deepToString(list.toArray()));
    }
}

# 无界通配符

无界通配符有两种应用场景：

  • 可以使用 Object 类中提供的功能来实现的方法。
  • 使用不依赖于类型参数的泛型类中的方法。
public class GenericsUnboundedWildcardDemo {
    public static void printList(List<?> list) {
        for (Object elem : list) {
            System.out.print(elem + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> li = Arrays.asList(1, 2, 3);
        List<String> ls = Arrays.asList("one", "two", "three");
        printList(li);
        printList(ls);
    }
}

# 泛型最佳实践

# 泛型命名

  • E - Element
  • K - Key
  • N - Number
  • T - Type
  • V - Value
  • S,U,V etc. - 2nd, 3rd, 4th types

# 使用泛型的建议

  • 消除类型检查告警
  • List 优先于数组
  • 优先考虑使用泛型来提高代码通用性
  • 优先考虑泛型方法来限定泛型的范围
  • 利用有限制通配符来提升 API 的灵活性
  • 优先考虑类型安全的异构容器

# 参考

深入理解Java泛型 (opens new window)

#Java
上次更新: 2024/06/29, 15:13:44
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