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五. 面向对象高级特性6. Java 泛型

2024-09-17 17:43:19   219人阅读

我们知道，使用变量之前要定义，定义一个变量时必须要指明它的数据类型，什么样的数据类型赋给什么样的值。

假如我们现在要定义一个类来表示坐标，要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串，例如：

  • x = 10、y = 10
  • x = 12.88、y = 129.65
  • x = "东京180度"、y = "北纬210度"


针对不同的数据类型，除了借助方法重载，还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道，基本数据类型可以自动装箱，被转换成对应的包装类；Object 是所有类的祖先类，任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型，例如：

  • int --> Integer --> Object
  • double -->Double --> Object
  • String --> Object


这样，只需要定义一个方法，就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码：

  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         Point p = new Point();
  5.         p.setX(10);  // int -> Integer -> Object
  6.         p.setY(20);
  7.         int x = (Integer)p.getX();  // 必须向下转型
  8.         int y = (Integer)p.getY();
  9.         System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
  10.        
  11.         p.setX(25.4);  // double -> Integer -> Object
  12.         p.setY("东京180度");
  13.         double m = (Double)p.getX();  // 必须向下转型
  14.         double n = (Double)p.getY(); // 运行期间抛出异常
  15.         System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  16.     }
  17. }
  19. class Point{
  20.     Object x = 0;
  21.     Object y = 0;
  23.     public Object getX() {
  24.         return x;
  25.     }
  26.     public void setX(Object x) {
  27.         this.x = x;
  28.     }
  29.     public Object getY() {
  30.         return y;
  31.     }
  32.     public void setY(Object y) {
  33.         this.y = y;
  34.     }
  35. }

上面的代码中，生成坐标时不会有任何问题，但是取出坐标时，要向下转型，在 Java多态对象的类型转换 一文中我们讲到，向下转型存在着风险，而且编译期间不容易发现，只有在运行期间才会抛出异常，所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码，第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。

那么，有没有更好的办法，既可以不使用重载（有重复代码），又能把风险降到最低呢？

有，可以使用泛型类(Java Class)，它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”，就是“宽泛的数据类型”，任意的数据类型。

更改上面的代码，使用泛型类：

  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         // 实例化泛型类
  4.         Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  5.         p1.setX(10);
  6.         p1.setY(20);
  7.         int x = p1.getX();
  8.         int y = p1.getY();
  9.         System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
  10.        
  11.         Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
  12.         p2.setX(25.4);
  13.         p2.setY("东京180度");
  14.         double m = p2.getX();
  15.         String n = p2.getY();
  16.         System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  17.     }
  18. }
  20. // 定义泛型类
  21. class Point<T1, T2>{
  22.     T1 x;
  23.     T2 y;
  24.     public T1 getX() {
  25.         return x;
  26.     }
  27.     public void setX(T1 x) {
  28.         this.x = x;
  29.     }
  30.     public T2 getY() {
  31.         return y;
  32.     }
  33.     public void setY(T2 y) {
  34.         this.y = y;
  35.     }
  36. }

运行结果：
This point is：10, 20
This point is：25.4, 东京180度

与普通类的定义相比，上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>，T1, T2 是自定义的标识符，也是参数，用来传递数据的类型，而不是数据的值，我们称之为类型参数。在泛型中，不但数据的值可以通过参数传递，数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符，运行时会被替换为真正的数据类型。

传值参数（我们通常所说的参数）由小括号包围，如 (int x, double y)，类型参数（泛型参数）由尖括号包围，多个参数由逗号分隔，如 <T> 或 <T, E>。

类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数，就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符，习惯上使用单个大写字母，通常情况下，K 表示键，V 表示值，E 表示异常或错误，T 表示一般意义上的数据类型。

泛型类在实例化时必须指出具体的类型，也就是向类型参数传值，格式为：
    className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型，但是会产生警告，即：
    className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因为在使用泛型类时指明了数据类型，赋给其他类型的值会抛出异常，既不需要向下转型，也没有潜在的风险，比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。

注意：

  • 泛型是 Java 1.5 的新增特性，它以C++模板为参照，本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
  • 类型参数只能用来表示引用类型，不能用来表示基本类型，如  int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错，因为它们会自动装箱成对应的包装类。

泛型方法

除了定义泛型类，还可以定义泛型方法，例如，定义一个打印坐标的泛型方法：

  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. // 实例化泛型类
  4. Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  5. p1.setX(10);
  6. p1.setY(20);
  7. p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());
  9. Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
  10. p2.setX(25.4);
  11. p2.setY("东京180度");
  12. p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());
  13. }
  14. }
  16. // 定义泛型类
  17. class Point<T1, T2>{
  18. T1 x;
  19. T2 y;
  20. public T1 getX() {
  21. return x;
  22. }
  23. public void setX(T1 x) {
  24. this.x = x;
  25. }
  26. public T2 getY() {
  27. return y;
  28. }
  29. public void setY(T2 y) {
  30. this.y = y;
  31. }
  33. // 定义泛型方法
  34. public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){
  35. T1 m = x;
  36. T2 n = y;
  37. System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  38. }
  39. }

运行结果：
This point is：10, 20
This point is：25.4, 东京180度

上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint()，既有普通参数，也有类型参数，类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数，就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。

与使用泛型类不同，使用泛型方法时不必指明参数类型，编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同，调用就像普通方法一样。 

注意：泛型方法与泛型类没有必然的联系，泛型方法有自己的类型参数，在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系，也可以使用其他的标识符代替：

  1. public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){
  2. V1 m = x;
  3. V2 n = y;
  4. System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  5. }

泛型接口

在Java中也可以定义泛型接口，这里不再赘述，仅仅给出示例代码：

  1. public class Demo {
  2. public static void main(String arsg[]) {
  3. Info<String> obj = new InfoImp<String>("www.weixueyuan.net");
  4. System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length());
  5. }
  6. }
  8. //定义泛型接口
  9. interface Info<T> {
  10. public T getVar();
  11. }
  13. //实现接口
  14. class InfoImp<T> implements Info<T> {
  15. private T var;
  17. // 定义泛型构造方法
  18. public InfoImp(T var) {
  19. this.setVar(var);
  20. }
  22. public void setVar(T var) {
  23. this.var = var;
  24. }
  26. public T getVar() {
  27. return this.var;
  28. }
  29. }

运行结果：
Length Of String: 18

类型擦除

如果在使用泛型时没有指明数据类型，那么就会擦除泛型类型，请看下面的代码：

  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. Point p = new Point(); // 类型擦除
  4. p.setX(10);
  5. p.setY(20.8);
  6. int x = (Integer)p.getX(); // 向下转型
  7. double y = (Double)p.getY();
  8. System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
  9. }
  10. }
  12. class Point<T1, T2>{
  13. T1 x;
  14. T2 y;
  15. public T1 getX() {
  16. return x;
  17. }
  18. public void setX(T1 x) {
  19. this.x = x;
  20. }
  21. public T2 getY() {
  22. return y;
  23. }
  24. public void setY(T2 y) {
  25. this.y = y;
  26. }
  27. }

运行结果：
This point is：10, 20.8

因为在使用泛型时没有指明数据类型，为了不出现错误，编译器会将所有数据向上转型为 Object，所以在取出坐标使用时要向下转型，这与本文一开始不使用泛型没什么两样。

限制泛型的可用类型

在上面的代码中，类型参数可以接受任意的数据类型，只要它是被定义过的。但是，很多时候我们只需要一部分数据类型就够了，用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如，编写一个泛型函数用于返回不同类型数组（Integer 数组、Double 数组、Character 数组等）中的最大值：

  1. public <T> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue www.gbpcci.cn () ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }

上面的代码会报错，doubleValue() 是 Number 类的方法，不是所有的类都有该方法，所以我们要限制类型参数 T，让它只能接受 Number 及其子类（Integer、Double、Character 等）。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型，改进上面的代码：

  1. public <T extends Number> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子类，传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。但这里的 extends 已经不是继承的含义了，应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型，或者 T 是实现了 XX 接口的类型。

注意：一般的应用开发中泛型使用较少，多用在框架或者库的设计中，这里不再深入讲解，主要让大家对泛型有所认识，为后面的教程做铺垫。

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