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深入理解java泛型
一、 什么是泛型?
泛 型(Generic type 或者 generics)是对 简单的理解,就是对类型的参数化,比如我们定义一个类属性或者实例属性时,往往要指定具体的类型,如Integer、Person等等, 但是如果使用了泛型,我们把这些具体的类型参数化,用一个广泛的可以表示所有类型的“类型”T来定义,那这个T就是泛型的表示。
可以在集合框架(Collection framework)中看到泛型的动机。例如,Map 类允许您向一个 Map 添加任意类的对象,即使最常见的情况是在给定映射(map)中保存某个特定类型(比如 String)的对象。
因为 Map.get() 被定义为返回 Object,所以一般必须将 Map.get() 的结果强制类型转换为期望的类型,如下面的代码所示:
- Map m = new HashMap();
- m.put("key", "value");
- String s = (String) m.get("key");
二、 泛型的好处
Java 语言中引入泛型是一个较大的功能增强。不仅语言、类型系统和编译器有了较大的变化,以支持泛型,而且类库也进行了大翻修,所以许多重要的类,比如集合框架,都已经成为泛型化的了。这带来了很多好处:1、 类型安全。 泛型的主要目标是提高 Java 程序的类型安全。通过知道使用泛型定义的变量的类型限制,编译器可以在一个高得多的程度上验证类型假设。
2、 消除强制类型转换。 泛型的一个附带好处是,消除源代码中的许多强制类型转换。这使得代码更加可读,并且减少了出错机会。
3、 潜在的性能收益。 泛型为较大的优化带来可能。在泛型的初始实现中,编译器将强制类型转换(没有泛型的话,程序员会指定这些强制类型转换)插入生成的字节码中。
3.1 我们再程序中定义一个类,并制定泛型参数
- class Point<T>{ // 此处可以随便写标识符号,T是type的简称
- private T var ; // var的类型由T指定,即:由外部指定
- public T getVar(){ // 返回值的类型由外部决定
- return var ;
- }
- public void setVar(T var){ // 设置的类型也由外部决定
- this.var = var ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Point<String> p = new Point<String>() ; // 里面的var类型为String类型
- p.setVar("MLDN") ; // 设置字符串
- System.out.println(p.getVar().length()) ; // 取得字符串的长度
- }
- };
说明:
1. 命名类型参数
推荐的命名约定是使用大写的单个字母名称作为类型参数。这与 C++ 约定有所不同(参阅 附录 A:与 C++ 模板的比较),并反映了大多数泛型类将具有少量类型参数的假定。对于常见的泛型模式,推荐的名称是:
K —— 键,比如映射的键。
V —— 值,比如 List 和 Set 的内容,或者 Map 中的值。
E —— 异常类。
T —— 泛型。
2. 以上,是将var变量设置为了String类型,当然也可以设置为其他的数据类型,比如Integer等,如果你设置的内容与你制定的泛型类型不一致,则在编译时将出现错误。比如:
- class Point<T>{ // 此处可以随便写标识符号,T是type的简称
- private T var ; // var的类型由T指定,即:由外部指定
- public T getVar(){ // 返回值的类型由外部决定
- return var ;
- }
- public void setVar(T var){ // 设置的类型也由外部决定
- this.var = var ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Point<Integer> p = new Point<Integer>() ; // 里面的var类型为String类型
- p.setVar("MLDN") ; // 设置字符串
- }
- };
- GenericsDemo.java:13: 错误: 无法将类 Point<T>中的方法 setVar应用到给定类型;
- p.setVar("MLDN") ; // 设置字符串
- ^
- 需要: Integer
- 找到: String
- 原因: 无法通过方法调用转换将实际参数String转换为Integer
- 其中, T是类型变量:
- T扩展已在类 Point中声明的Object
- 1 个错误
看log就可以发现,我我们已经规定了泛型的类型为Integer,则说明T类型就是Integer,所以在传入参数时,当然不能传入String类型的参数了。
3.2 构造方法中使用泛型
构造方法可以为类中的属性进行初始化,如果类中的属性用过泛型指定,而又需要通过构造器设置属性的内容时,那么构造方法的定义与之前并无不同,不需要像声明类那样指定泛型。
- class Point<T>{ // 此处可以随便写标识符号,T是type的简称
- private T var ; // var的类型由T指定,即:由外部指定
- public Point(T var){ // 通过构造方法设置内容
- this.var = var ;
- }
- public T getVar(){ // 返回值的类型由外部决定
- return var ;
- }
- public void setVar(T var){ // 设置的类型也由外部决定
- this.var = var ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Point<String> p = new Point<String>("MLDN") ; // 里面的var类型为String类型
- System.out.println("内容:" + p.getVar()) ;
- }
- };
这里我们讲一个泛型的警告问题: 当你为某个类只定了泛型,但是,你实例化该类的对象的时候,并没有指定泛型的类型,则程序在编译时会出现警告,警告并不会影响程序的运行。
- class Info<T>{
- private T var ;
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public String toString(){ // 覆写Object类中的toString()方法
- return this.var.toString() ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info i = new Info() ; // 警告,没有指定泛型类型
- i.setVar("MLDN") ; // 设置字符串
- System.out.println("内容:" + i.getVar()) ;
- }
- };
注: GenericsDemo10.java使用了未经检查或不安全的操作。
注: 有关详细信息, 请使用 -Xlint:unchecked 重新编译。
说明: 由于没有指定泛型类型,则类可以接受任何数据类型,也就是此时的var的类型就是Object,所有的泛型信息都会被擦除。
三、 泛型通配符
3.1 引入泛型通配符
我们先来看一个例子:
- class Info<T>{
- private T var ; // 定义泛型变量
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- public String toString(){ // 直接打印
- return this.var.toString() ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<String> i = new Info<String>() ; // 使用String为泛型类型
- i.setVar("MLDN") ; // 设置内容
- fun(i) ;
- }
- public static void fun(Info<Object> temp){ // 接收Object泛型类型的Info对象
- System.out.println("内容:" + temp) ;
- }
- };
- GenericsDemo.java:17: 错误: 无法将类 GenericsDemo中的方法 fun应用到给定类型;
- fun(i) ;
- ^
- 需要: Info<Object>
- 找到: Info<String>
- 原因: 无法通过方法调用转换将实际参数Info<String>转换为Info<Object>
- 1 个错误</span>
- public static void main(String args[]){
- Info<String> i = new Info<String>() ; // 使用String为泛型类型
- i.setVar("MLDN") ; // 设置内容
- fun(i) ;
- }
- public static void fun(Info temp){ // 接收Object泛型类型的Info对象
- System.out.println("内容:" + temp) ;
- }
当然,这样看来程序已经可以正常运行了,但是,我们之前已经指定了泛型,此时却在方法传递过程中把它取消了,总是不妥的,所以,java提供了?通配符来匹配任何的泛型类型。
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<String> i = new Info<String>() ; // 使用String为泛型类型
- i.setVar("MLDN") ; // 设置内容
- fun(i) ;
- }
- public static void fun(Info<?> temp){ // 可以接收任意的泛型对象
- System.out.println("内容:" + temp) ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<?> i = new Info<String>() ; // 使用String为泛型类型
- i.setVar("MLDN") ; // 设置内容
- }
- };
- GenericsDemo.java:16: 错误: 无法将类 Info<T>中的方法 setVar应用到给定类型;
- i.setVar("MLDN") ; // 设置内容
- ^
- 需要: CAP#1
- 找到: String
- 原因: 无法通过方法调用转换将实际参数String转换为CAP#1
- 其中, T是类型变量:
- T扩展已在类 Info中声明的Object
- 其中, CAP#1是新类型变量:
- CAP#1从?的捕获扩展Object
- 1 个错误
四、 受限泛型
4.1 泛型上限: 表示参数化的类型可能是所指定类型,或者是其子类。
- class Info<T>{
- private T var ; // 定义泛型变量
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- public String toString(){ // 直接打印
- return this.var.toString() ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<Integer> i1 = new Info<Integer>() ; // 声明Integer的泛型对象
- Info<Float> i2 = new Info<Float>() ; // 声明Float的泛型对象
- i1.setVar(30) ; // 设置整数,自动装箱
- i2.setVar(30.1f) ; // 设置小数,自动装箱
- fun(i1) ;
- fun(i2) ;
- }
- public static void fun(Info<? extends Number> temp){ // 只能接收Number及其Number的子类
- System.out.print(temp + "、") ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<String> i1 = new Info<String>() ; // 声明String的泛型对象
- i1.setVar("hello") ;
- fun(i1) ;
- }
- public static void fun(Info<? extends Number> temp){ // 只能接收Number及其Number的子类
- System.out.print(temp + "、") ;
- }
- };
fun(i1) ;
^
需要: Info<? extends Number>
找到: Info<String>
原因: 无法通过方法调用转换将实际参数Info<String>转换为Info<? extends Number>
1 个错误
4.2 泛型下限:使用的泛型只能是本类及其父类类型上应用的时候,就必须使用泛型的下限。
- class Info<T>{
- private T var ; // 定义泛型变量
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- public String toString(){ // 直接打印
- return this.var.toString() ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<String> i1 = new Info<String>() ; // 声明String的泛型对象
- Info<Object> i2 = new Info<Object>() ; // 声明Object的泛型对象
- i1.setVar("hello") ;
- i2.setVar(new Object()) ;
- fun(i1) ;
- fun(i2) ;
- }
- public static void fun(Info<? super String> temp){ // 只能接收String或Object类型的泛型
- System.out.print(temp + "、") ;
- }
- };
五、 泛型与子类继承
一个类的子类可以通过对象多态性,为其父类实例化,但是在泛型操作中,子类的泛型类型是无法使用父类的泛型类型接受的,例如,Info<String>不能使用 Info<Object>接收。
六、 泛型接口
6.1 定义泛型接口
- interface Info<T>{ // 在接口上定义泛型
- public T getVar() ; // 定义抽象方法,抽象方法的返回值就是泛型类型
- }
6.2 泛型接口的两种实现方式
6.2.1 定义子类,在子类的上也使用泛型声明
- interface Info<T>{ // 在接口上定义泛型
- public T getVar() ; // 定义抽象方法,抽象方法的返回值就是泛型类型
- }
- class InfoImpl<T> implements Info<T>{ // 定义泛型接口的子类
- private T var ; // 定义属性
- public InfoImpl(T var){ // 通过构造方法设置属性内容
- this.setVar(var) ;
- }
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String arsg[]){
- Info<String> i = null; // 声明接口对象
- i = new InfoImpl<String>("李兴华") ; // 通过子类实例化对象
- System.out.println("内容:" + i.getVar()) ;
- }
- };
6.2.2 定义子类,直接指定泛型的具体操作类型
- interface Info<T>{ // 在接口上定义泛型
- public T getVar() ; // 定义抽象方法,抽象方法的返回值就是泛型类型
- }
- class InfoImpl implements Info<String>{ // 定义泛型接口的子类
- private String var ; // 定义属性
- public InfoImpl(String var){ // 通过构造方法设置属性内容
- this.setVar(var) ;
- }
- public void setVar(String var){
- this.var = var ;
- }
- public String getVar(){
- return this.var ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String arsg[]){
- Info i = null; // 声明接口对象
- i = new InfoImpl("李兴华") ; // 通过子类实例化对象
- System.out.println("内容:" + i.getVar()) ;
- }
- };
七、 泛型方法
7.1 泛型方法中可以定义泛型参数,此时,参数的类型就是传入数据的类型。
- class Demo{
- public <T> T fun(T t){ // 可以接收任意类型的数据
- return t ; // 直接把参数返回
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Demo d = new Demo() ; // 实例化Demo对象
- String str = d.fun("李兴华") ; // 传递字符串
- int i = d.fun(30) ; // 传递数字,自动装箱
- System.out.println(str) ; // 输出内容
- System.out.println(i) ; // 输出内容
- }
- };
7.2 通过泛型方法,返回泛型类的实例
- class Info<T extends Number>{ // 指定上限,只能是数字类型
- private T var ; // 此类型由外部决定
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public String toString(){ // 覆写Object类中的toString()方法
- return this.var.toString() ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<Integer> i = fun(30) ;
- System.out.println(i.getVar()) ;
- }
- public static <T extends Number> Info<T> fun(T param){
- Info<T> temp = new Info<T>() ; // 根据传入的数据类型实例化Info
- temp.setVar(param) ; // 将传递的内容设置到Info对象的var属性之中
- return temp ; // 返回实例化对象
- }
- };
7.2 使用泛型,统一传递参数的类型
- class Info<T>{ // 指定上限,只能是数字类型
- private T var ; // 此类型由外部决定
- public T getVar(){
- return this.var ;
- }
- public void setVar(T var){
- this.var = var ;
- }
- public String toString(){ // 覆写Object类中的toString()方法
- return this.var.toString() ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<String> i1 = new Info<String>() ;
- Info<String> i2 = new Info<String>() ;
- i1.setVar("HELLO") ; // 设置内容
- i2.setVar("李兴华") ; // 设置内容
- add(i1,i2) ;
- }
- public static <T> void add(Info<T> i1,Info<T> i2){
- System.out.println(i1.getVar() + " " + i2.getVar()) ;
- }
- };
- public class GenericsDemo{
- public static void main(String args[]){
- Info<Integer> i1 = new Info<Integer>() ;
- Info<String> i2 = new Info<String>() ;
- i1.setVar(30) ; // 设置内容
- i2.setVar("李兴华") ; // 设置内容
- add(i1,i2) ;
- }
- public static <T> void add(Info<T> i1,Info<T> i2){
- System.out.println(i1.getVar() + " " + i2.getVar()) ;
- }
- };
编译时报错:
- GenericsDemo.java:19: 错误: 无法将类 GenericsDemo中的方法 add应用到给定类型;
- add(i1,i2) ;
- ^
- 需要: Info<T>,Info<T>
- 找到: Info<Integer>,Info<String>
- 原因: 不存在类型变量T的实例, 以使参数类型Info<String>与形式参数类型Info<T>一致
- 其中, T是类型变量:
- T扩展已在方法 <T>add(Info<T>,Info<T>)中声明的Object
- 1 个错误
六、 泛型数组
不能创建一个确切泛型类型的数组。如下面代码会出错。
List<String>[] lsa = new ArrayList<String>[10];
因为如果可以这样,那么考虑如下代码,会导致运行时错误。
- List<String>[] lsa = new ArrayList<String>[10]; // 实际上并不允许这样创建数组
- Object o = lsa;
- Object[] oa = (Object[]) o;
- List<Integer>li = new ArrayList<Integer>();
- li.add(new Integer(3));
- oa[1] = li;// unsound, but passes run time store check
- String s = lsa[1].get(0); //run-time error - ClassCastException
- List<?>[] lsa = new List<?>[10]; // ok, array of unbounded wildcard type
- Object o = lsa;
- Object[] oa = (Object[]) o;
- List<Integer>li = new ArrayList<Integer>();
- li.add(new Integer(3));
- oa[1] = li; //correct
- String s = (String) lsa[1].get(0);// run time error, but cast is explicit
- Integer it = (Integer)lsa[1].get(0); // OK
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