Java泛型

泛型概述

集合容器类在设计阶段/声明阶段不能确定这个容器到底实际存的是什么类型的对象，所以在JDK1.5之前只能把元素类型设计为Object，JDK1.5之后使用泛型来 解决。因为这个时候除了元素的类型不确定，其他的部分是确定的，例如关于这个元素如何保存，如何管理等是确定的。因此此时把元素的类型设计成一个参数，这个类型参数叫做泛型。

从JDK1.5以后，Java引入了参数化类型（Parameterized type）的概念， JDK1.5改写了集合框架中的全部接口和类，为这些接口、类增加了泛型支持， 从而可以在声明集合变量、创建集合对象时传入类型实参。

那么为什么要有泛型呢，直接Object不是也可以存储数据吗？

  • 解决元素存储的安全性问题。
  • 解决获取数据元素时，需要类型强制转换的问题。
  • 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。

集合中使用泛型

集合中使用泛型：

  • 集合接口或集合类在jdk5.0时都修改为带泛型的结构，在实例化集合类时，可以指明具体的泛型类型。

  • 使用泛型以后，在集合类或接口中凡是定义类或接口时，内部结构（比如：方法、构造器、属性等）使用到类的泛型的位置，都指定为实例化的泛型类型。

    • 比如：add(E e) —>实例化以后：add(Integer e)

  • 泛型的类型必须是类，不能是基本数据类型。基本数据类型使用包装类替换。

  • 如果实例化时，没指明泛型的类型。默认类型为java.lang.Object类型。

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import org.junit.Test;
import java.util.*;

public class CollectionTest {
    @Test
    public void testList(){
        //List集合使用泛型:泛型的类型必须是类，不能为基本数据类型
        //实例化没有指明泛型，默认为Object类型
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        //方法的形参类型和泛型一致:add(E e) --> add(Integer e)
        list.add(123);
        list.add(222);
        list.add(333);
        list.add(445);
        //迭代器泛型一致
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
    }
    @Test
    public void testMap(){
        //Map集合使用泛型
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        //键和值形参类型与泛型设定一致:put(K key, V value) --> put(String key, Integer value)
        map.put("小明", 18);
        map.put("小白", 19);
        map.put("小黑", 19);
        map.put("小王", 21);
        //泛型嵌套
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
            //getKey方法返回值和设置的泛型一致
            String key = entry.getKey();
            //getValue方法返回值和设置的泛型一致
            Integer value = entry.getValue();
            System.out.println(key + ":" + value);
        }
    }
}

自定义泛型结构

泛型的声明：interface Test<T> 或 class Test<K, V>

其中，T, K, V不代表值，而是表示类型。这里使用任意字母都可以。 常用T表示，是Type的缩写。

泛型的实例化：一定要在类名后面指定类型参数的值（类型）。如：

  • List<String> strList = new ArrayList<String>();
  • Iterator<Customer> iterator = customers.iterator();
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public class GenericTest {
    @Test
    public void test(){
        User<String> user = new User<>();
        user.setName("Tom");
        System.out.println(user.printName());
    }
}

// 自定义泛型结构
class User<E>{
    private E name;

    // 以下不属于泛型方法
    public E getName() {
        return name;
    }

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

    E printName(){
        return this.name;
    }
    // 静态方法中不能使用类的泛型。
//    static E test(){
//        return name;
//    }
    
    // 不能在try-catch中使用泛型定义
//    public void test() {
//        try {
//
//        } catch (E ex) {
//
//        }
//    }

}

自定义泛型结构需要注意事项：

  • 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>
  • 实例化后，操作原来泛型位置的结构必须与指定的泛型类型一致。
  • 泛型不同的引用不能相互赋值。
  • 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。
  • jdk1.7开始，泛型的简化操作：ArrayList<Integer> flist = new ArrayList<>();
  • 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。
  • 在类或接口上声明的泛型，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。
  • 不能使用new E[]。但是可以：E[] elements = (E[])new Object[capacity];
    • 参考：ArrayList源码中声明：Object[] elementData，而非泛型参数类型数组。
  • 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：
    • 子类不保留父类的泛型：按需实现
    • 子类保留父类的泛型：泛型子类

子类和父类泛型结构：

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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> {
}
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> {
}

泛型方法

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> 返回类型 方法名([泛型标识 参数名称]) 抛出的异常

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public class GenericTest {
    @Test
    public void test(){
        Integer[] i = {1, 2, 3};
        // 由参数确定泛型类型
        List<Integer> list1 = user.arrayToList(i);
        System.out.println(list1);
        String[] str = {"a", "b", "c"};
        List<String> list2 = user.arrayToList(str);
        System.out.println(list2);
        
        Object value = User.getValue();
        System.out.println(value);
    }
}

class User<E>{
    private E name;

    //以下不属于泛型方法
    public E getName() {
        return name;
    }

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

    E printName(){
        return this.name;
    }
    
    // 泛型方法：在方法中出现了泛型的结构，泛型参数与类的泛型参数没任何关系。
    // 换句话说，泛型方法所属的类是不是泛型类都没关系。
    // 泛型方法，可以声明为静态的。原因：泛型参数是在调用方法时确定的。并非在实例化类时确定。
    public <T> List<T> arrayToList(T[] array){
        ArrayList<T> list = new ArrayList<>();
        for (T t : array) {
            list.add(t);
        }
        return  list;
    }
    
    public static  <T> T getValue(){
        T t = (T) new Object();
        return  t;
    }
}

泛型在继承上的体现

如果B是A的一个子类型（子类或者子接口），而G是具有泛型声明的类或接口，G并不是G的子类型！

比如：String是Object的子类，但是List<String>并不是List <Object>的子类。

补充：类A是类B的父类，A<G> 是 B<G> 的父类。

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@Test
public void test(){
    Object obj = null;
    String str = null;
    obj = str;

    Object[] arr1 = null;
    String[] arr2 = null;
    arr1 = arr2;

    List<Object> list1 = null;
    List<String> list2 = new ArrayList<String>();
    // 此时的list1和list2的类型不具子父类关系
    // 编译不通过
//	list1 = list2;
    
    AbstractList<String> list3 = null;
    List<String> list4 = null;
    ArrayList<String> list5 = null;

     // 编译通过
    list3 = list5;
    list4 = list5;
}

通配符的使用

泛型使用类型通配符?，比如：List<?> ，Map<?>，List是List<Integer>、List<String>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。
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@Test
public void test(){
    List<Object> list1 = new ArrayList<>();
    List<String> list2 = new ArrayList<>();

    List<?> list = null;

    list = list1;
    list = list2;
    //编译通过
    printList(list1);
    printList(list2);

    List<String> list3 = new ArrayList<>();
    list3.add("AA");
    list3.add("BB");
    list3.add("CC");
    list = list3;
    //添加(写入)：对于List<?>就不能向其内部添加数据。
    //除了添加null之外。
    // 编译不通过
//  list.add("DD");
    list.add(null);

    //获取(读取)：允许读取数据，读取的数据类型为Object。
    Object o = list.get(0);
    System.out.println(o);
}

// 泛型使用通配符，可以接收任意类型的泛型
public void printList(List<?> list){
    Iterator<?> iterator = list.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        // 返回Object类型
        Object obj = iterator.next();
        System.out.println(obj);
    }
}

泛型通配符使用注意事项：

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//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<?>();

有限制的通配符

<?>允许所有泛型的引用调用。可以给通配符指定上限或下限：

  • 上限extends：使用时指定的类型必须是继承某个类，或者实现某个接口，即：<=。
  • 下限super：使用时指定的类型不能小于操作的类，即：>=。

举例：

  • <? extends Person>：只允许泛型为Person及Person子类的引用调用。
  • <? super Person>：只允许泛型为Person及Person父类的引用调用。
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@Test
public void test04(){
    List<? extends Person> list1 = null;
    List<? super Person> list2 = null;

    List<Man> list3 = new ArrayList<Man>();
    List<Person> list4 = new ArrayList<Person>();
    List<Object> list5 = new ArrayList<Object>();

    list1 = list3;
    list1 = list4;
    // 编译不通过
//  list1 = list5;

    // 编译不通过
//  list2 = list3;
    list2 = list4;
    list2 = list5;

    //读取数据：
    list1 = list3;
    Person p = list1.get(0);
    //编译不通过
//  Man m = list1.get(0);

    list2 = list4;
    Object obj = list2.get(0);
    ////编译不通过
//  Person obj = list2.get(0);

    //写入数据：
    //编译不通过
//  list1.add(new Man());

    //编译通过
    list2.add(new Person());
    list2.add(new Man());
}