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JAVA基础—泛型

JAVA 西门飞冰 71℃
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1.泛型相关说明

Java 泛型(generics)是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制,该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

泛型是一种把类型的明确工作推迟到创建对象或者调用方法的时候才去明确的特殊类型。

1.1.泛型的定义

<类型>这种语法形式就叫泛型。

其中:

  • <T>是类型变量(Type Variables),而<T>是代表未知的数据类型,我们可以指定为<String>,<Integer>,<Circle>等,那么<类型>的形式我们成为类型参数
    • 类比方法的参数的概念,我们可以把<T>,称为类型形参,将<Circle>称为类型实参
  • 这里的T,可以替换成K,V等任意字母。习惯用T表示,是Type的缩写。
  • Comparator<T>这种就称为参数化类型(Parameterized Types)。

泛型可以使用在 方法、接口、类 分别称作为:泛型类、泛型方法、泛型接口。

注意:类型参数只能代表引用型类型,不能是原始类型(像int,double,char的等),但可以使用包装类填充。

2.使用泛型的好处

2.1.泛型在集合中的使用

早期的时候,使用Object来代表任意类型。但是这样在向上转型的是没有问题的,但是在向下转型的时候存在类型转换的问题,这样的程序其实是不安全的。所以Java在JDK5之后提供了泛型来解决这个问题

举例:在集合中使用泛型之前可能存在的问题

问题1:解决元素存储的安全性问题。不加泛型可能混入不同类型的变量。

问题2:后期数据强转时,可能出现ClassCastException

举例:

在集合中没有泛型时:

image-20220907113631192

在集合中有泛型时:

image-20220907113636692

Java泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告,运行时就不会产生ClassCastException异常。同时,代码更加简洁、健壮。

把一个集合中的内容限制为一个特定的数据类型,这就是generics背后的核心思想。

3.自定义泛型类或泛型接口

当我们在类或接口中定义某个成员时,该成员的相关类型是不确定的,而这个类型需要在使用这个类或接口时才可以确定,那么我们可以使用泛型。

3.1.说明

  • 泛型类可能有多个参数,此时应将多个参数一起放在尖括号内。比如:<E1,E2,E3>
  • 泛型类的构造器如下:public GenericClass(){}。 而下面是错误的:public GenericClass<E>(){}
  • 当创建泛型类对象、子类继承泛型类时、实现类实现泛型接口时可以确定泛型结构中的泛型参数。
  • 泛型不同的引用不能相互赋值。

尽管在编译时ArrayList<String>和ArrayList<Integer>是两种类型。但是,在运行时只有一个ArrayList被加载到JVM中。

  • 泛型如果不指定,将被擦除,泛型对应的类型均按照Object处理,但不等价于Object。
  • 经验:泛型要使用一路都用。要不用,一路都不要用。
  • 如果泛型结构是一个接口或抽象类,则不可创建泛型类的对象。
  • 泛型的指定中不能使用基本数据类型,可以使用包装类替换。
  • 在类/接口上声明的泛型,在本类或本接口中即代表某种类型,可以作为非静态属性的类型、非静态方法的参数类型、非静态方法的返回值类型。但在静态方法中不能使用类的泛型。
  • 异常类不能是泛型的
  • 父类有泛型,子类可以选择保留泛型也可以选择指定泛型类型,说白了子类就是“富二代”,子类除了指定或保留父类的泛型,还可以增加自己的泛型

3.2.使用

举例1:

例如:我们要声明一个学生类,该学生包含姓名、成绩,而此时学生的成绩类型不确定,为什么呢,因为,语文老师希望成绩是“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”,数学老师希望成绩是89.5, 65.0,英语老师希望成绩是’A’,’B’,’C’,’D’,’E’。那么我们在设计这个学生类时,就可以使用泛型。

class Student <T>{
    private String name;
    private T score;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, T score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public T getScore() {
        return score;
    }

    public void setScore(T score) {
        this.score = score;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "姓名:" + name + ",成绩:" + score;
    }
}

public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        //语文老师使用时:
        Student<String> stu1 = new Student<String>("张三","良好");
        System.out.println(stu1.toString());

        //数学老师使用时:
        Student<Double> stu2 = new Student<Double>("张三",90.5);
        System.out.println(stu2.toString());

        //英语老师使用时:
        Student<Character> stu3 = new Student<Character>("张三",'c');
        System.out.println(stu3.toString());

        //错误的指定
        //Student<Object> stu = new Student<String>();//错误的
    }
}

举例2:

class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、使用时:类似于Object,不等同于Object
        ArrayList list = new ArrayList();
//        list.add(new Date());//有风险
        list.add("hello");

        test(list);// 泛型擦除,编译不会类型检查

        // ArrayList<Object> list2 = new ArrayList<Object>();
        // test(list2);//一旦指定Object,编译会类型检查,必须按照Object处理
    }

    public static void test(ArrayList<String> list) {
        String str = "";
        for (String s : list) {
            str += s + ",";
        }
        System.out.println("元素:" + str);
    }
}

举例3:

class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son1 extends Father {// 等价于class Son extends Father<Object,Object>{
}
// 2)具体类型
class Son2 extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2> extends Father<Integer, T2> {
}

举例4:

class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son<A, B> extends Father{//等价于class Son extends Father<Object,Object>{
}
// 2)具体类型
class Son2<A, B> extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2, A, B> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2, A, B> extends Father<Integer, T2> {
}

举例5:

class Person<T> {
    // 使用T类型定义变量
    private T info;
    // 使用T类型定义一般方法
    public T getInfo() {
        return info;
    }
    public void setInfo(T info) {
        this.info = info;
    }
    // 使用T类型定义构造器
    public Person() {
    }
    public Person(T info) {
        this.info = info;
    }
    // static的方法中不能声明泛型
    //public static void show(T t) {
    //
    //}
    // 不能在try-catch中使用泛型定义
    //public void test() {
    //try {
    //
    //} catch (MyException<T> ex) {
    //
    //}
    //}
}

4.自定义泛型方法

4.1.说明

  • 如果我们定义类、接口时没有使用<类型变量>,但是某个方法形参类型不确定时,这个方法可以单独定义<类型变量>。
  • 方法,也可以被泛型化,不管此时定义在其中的类是不是泛型类。在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。
  • 泛型方法的格式:
[访问权限]  <泛型>  返回值类型  方法名([泛型标识 参数名称])  [抛出的异常]{
    
}
  • 泛型方法中如果有泛型参数,此参数是在方法调用时确定的。
  • 泛型方法可以根据需要,声明为static
  • 泛型方法所在的类是否是泛型类,都可以。

3.2.使用

举例1:

public class DAO {

    public <E> E get(int id, E e) {

        E result = null;

        return result;
    }
}

举例2:

public static <T> void fromArrayToCollection(T[] a, Collection<T> c){
    for (T o : a){
        c.add(o);
        System.out.println(o);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Object[] ao = new Object[100];
    Collection<Object> co = new ArrayList<Object>();
    fromArrayToCollection(ao,co);

    String[] sa = new String[20];
    Collection<String> cs = new ArrayList<>();
    fromArrayToCollection(sa,cs);

    Collection<Double> cd = new ArrayList<>();
    // 下面代码中T是Double类,但sa是String类型,编译错误。
    // fromArrayToCollection(sa, cd);
    // 下面代码中T是Object类型,sa是String类型,可以赋值成功。
    fromArrayToCollection(sa,co);
}

举例3:

class MyArrays {
    public static <T> void sort(T[] arr){
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length-i; j++) {
                if(((Comparable<T>)arr[j]).compareTo(arr[j+1])>0){
                    T temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1] = temp;
                }
            }
        }
    }
}

public class MyArraysTest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3,2,5,1,4};
        // MyArrays.sort(arr); 错误的,因为int[]不是对象数组

        String[] strings = {"kang","java","hello"};
        MyArrays.sort(strings);
        System.out.println(Arrays.toString(strings));
    }
}

5.泛型在继承上的体现

1. 类A是类B的父类,则G<A> 与 G<B>的关系:没有继承关系,是并列的关系。不能相互赋值。

比如:List<Object> 与 List<String>

2. 类A是类B的父类或接口,A<G> 与 B<G>的关系:B<G> 可以通过多态的方式赋给A<G>

List<String> 与 ArrayList<String>

6.通配符的使用

当我们声明一个变量/形参时,这个变量/形参的类型是一个泛型类或泛型接口,例如:Comparator<T>类型,但是我们仍然无法确定这个泛型类或泛型接口的类型变量<T>的具体类型,此时我们考虑使用类型通配符 ? 。

  • 使用类型通配符:?

    比如:List<?>Map<?,?>

List<?>List<String>List<Object>等各种泛型List的父类。

  • 读取List<?>的对象list中的元素时,永远是安全的,因为不管list的真实类型是什么,它包含的都是Object。
  • 写入list中的元素时,不行。因为我们不知道c的元素类型,我们不能向其中添加对象。 唯一的例外是null,它是所有类型的成员。

6.1.通配符的读与写

写操作:

将任意元素加入到其中不是类型安全的:

Collection<?> c = new ArrayList<String>();

c.add(new Object()); // 编译时错误

因为我们不知道c的元素类型,我们不能向其中添加对象。add方法有类型参数E作为集合的元素类型。我们传给add的任何参数都必须是一个未知类型的子类。因为我们不知道那是什么类型,所以我们无法传任何东西进去。

唯一的例外的是null,它是所有类型的成员。

读操作:

另一方面,我们可以调用get()方法并使用其返回值。返回值是一个未知的类型,但是我们知道,它总是一个Object。

举例1:

public class TestWildcard {
    public static void m4(Collection<?> coll){
        for (Object o : coll) {
            System.out.println(o);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //右边泛型指定为任意类型或不指定都可以
        m4(new ArrayList<Object>());//Collection<?> coll = new ArrayList<Object>();
        m4(new ArrayList<>());//Collection<?> coll = new ArrayList<>();
        m4(new ArrayList());//Collection<?> coll = new ArrayList();
        m4(new ArrayList<String>());//Collection<?> coll = new ArrayList<String>();
    }
}

举例2:

public static void main(String[] args) {
    List<?> list = null;
    list = new ArrayList<String>();
    list = new ArrayList<Double>();
    // list.add(3);//编译不通过
    list.add(null);

    List<String> l1 = new ArrayList<String>();
    List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();
    l1.add("哈哈");
    l2.add(15);
    read(l1);
    read(l2);
}

public static void read(List<?> list) {
    for (Object o : list) {
        System.out.println(o);
    }
}

6.2.使用注意点

注意点1:编译错误:不能用在泛型方法声明上,返回值类型前面<>不能使用?

public static <?> void test(ArrayList<?> list){
}

注意点2:编译错误:不能用在泛型类的声明上

class GenericTypeClass<?>{
}

注意点3:编译错误:不能用在创建对象上,右边属于创建集合对象

ArrayList<?> list2 = new ArrayList<?>();

6.3.通配符的上限和下限

  • 类型通配符上限:<? extends 类型> List<? extends Parent>:它表示的类型是Parent类或者Parent的子类型。
  • 类型通配符下限:<? super 类型> List<? super Parent>:它表示的类型是Parent类或者Parent的父类型

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