Java 编程思想（五）Java泛型

1. Java泛型的目的：

a. Java语言引入泛型的好处是安全简单。可以将运行时错误提前到编译时错误。

在java SE 1.5之前，没有泛型的情况的下，通过对类型Object的引用来实现参数的“任意化”，“任意化”带来的缺点是要做显式的强制类型转换，而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况，编译器可能不提示错误，在运行的时候才出现异常，这是一个安全隐患。泛型的好处是在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，提高代码的重用率。

b. 消除强制类型转换。 

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。所有的强制转换都是自动和隐式的。

c. 提高性能。 

Lits list1 = new ArrayList();  
list1.add("优快云_SEU_Cavin ");  
String str1 = (String)list1.get(0);  

List<String> list2 = new ArrayList<String>();  
list2.add("优快云_SEU_Cavin ");  
String str2 = list2.get(0);  

对于上面的两段程序，由于泛型所有工作都在编译器中完成，javac编译出来的字节码是一样的（只是更能确保类型安全），那么何谈性能提升呢？是因为在泛型的实现中，编译器将强制类型转换插入生成的字节码中，但是更多类型信息可用于编译器这一事实，为未来版本的 JVM 的优化带来了可能。

2.  java泛型接口、泛型类简介

泛型类中的类型参数几乎可以用于任何可以使用接口名、类名的地方，下面的代码示例展示了 JDK 5.0 中集合框架中的 Map 接口的定义的一部分：

public interface Map<K, V> {
public void put(K key, V value);
public V get(K key);
}

当声明或者实例化一个泛型的对象时，必须指定类型参数的值：

Map<String, String> map = newHashMap<String, String>();

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。

3. 泛型不是协变的

关于泛型的混淆，一个常见的来源就是假设它们像数组一样是协变的。其实它们不是协变的。List<Object> 不是 List<String> 的父类型。

 

如果 A 扩展 B，那么 A 的数组也是 B 的数组，并且完全可以在需要 B[] 的地方使用 A[]：

Integer[] intArray = new Integer[10];
Number[] numberArray = intArray;

上面的代码是有效的，因为一个Integer 是 一个 Number，因而一个 Integer 数组是 一个 Number 数组。但是对于泛型来说则不然。下面的代码是无效的：

List<Integer> intList = newArrayList<Integer>();
List<Number> numberList = intList; //invalid

最初，大多数 Java 程序员觉得这缺少协变很烦人，或者甚至是“坏的（broken）”，但是之所以这样有一个很好的原因。如果可以将List<Integer> 赋给 List<Number>，下面的代码就会违背泛型应该提供的类型安全：

List<Integer> intList = newArrayList<Integer>();
List<Number> numberList = intList; //invalid
numberList.add(new Float(3.1415));

因为 intList 和 numberList 都是有别名的，如果允许的话，上面的代码就会让您将不是 Integers 的东西放进 intList 中。

4.  可变参数与泛型方法

泛型方法与可变参数列表能很好地共存：

package Generics;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericVarargs {
	public static <T> List<T> makeList(T... args){
		List<T> result = new ArrayList<T>();
		for(T item:args)
			result.add(item);
		return result;		 
	}
	public static void main(String[] args) {
		List ls = makeList("A");
		System.out.println(ls);
		ls = makeList("A","B","C");
		System.out.println(ls);
		ls = makeList("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".split(""));
		System.out.println(ls);
	}
}
/*
[A]
[A, B, C]
[A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z]
*/

静态方法上的泛型：静态方法无法访问类上定义的泛型。如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候，必须要将泛型定义在方法上。

    public static<Q> void function(Q t) {
        System.out.println("function:"+t);
    }

5. 泛型的擦除

package generics;

import java.util.*;

public class ErasedTypeEquivalence {
	public static void main(String[] args) {
		Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
		Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
		System.out.println(c1 == c2);
	}
} /*
	 * Output: true
	 */// :~

在泛型内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息。

ArrayList<String>和ArrayList<Integer>是相同的类型。

6. 擦除的补偿

要想在表达式中使用类型，需要显式地传递类型的class对象。

package generics;
class Building {
}

class House extends Building {
}

public class ClassTypeCapture<T> {
	Class<T> kind;

	public ClassTypeCapture(Class<T> kind) {
		this.kind = kind;
	}

	public boolean f(Object arg) {
		return kind.isInstance(arg);
	}

	public static void main(String[] args) {
		ClassTypeCapture<Building> ctt1 = new ClassTypeCapture<Building>(Building.class);
		System.out.println(ctt1.f(new Building()));
		System.out.println(ctt1.f(new House()));
		ClassTypeCapture<House> ctt2 = new ClassTypeCapture<House>(House.class);
		System.out.println(ctt2.f(new Building()));
		System.out.println(ctt2.f(new House()));
	}
} /*
	 * Output: true true false true
	 */// :~

7. 泛型数组为什么不能被创建

package generics;

public class Erased<T> {
	private final int SIZE = 100;

	public static void f(Object arg) {
		if (arg instanceof T) {
		} // Cannot make a static reference to the non-static type T
		T var = new T(); // Error
		T[] array = new T[SIZE]; // Error
		T[] array = (T) new Object[SIZE]; // Unchecked warning
	}
} /// :~

List<Integer>，List<String>与List在运行期并没有区别，所以List<String>放入List<Integer>并不会产生ArrayStoreException异常。但是String s=stringLists[0].get(0);将会抛出ClassCastException异常。如果允许创建泛型数组，就绕过了泛型的编译时的类型检查，将List<Integer>放入List<String>[]，并在实际存的是Integer的对象转为String时抛出异常。

8. 类型通配符

类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。注意了，此处是类型实参，而不是类型形参！且Box<?>在逻辑上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具体类型实参>的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> number = new Box<Number>(314);

        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
    }

    public static void getData(Box<?> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }

}

有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？

在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是Number类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> number = new Box<Number>(314);

        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
        
        //getUpperNumberData(name); // 1
        getUpperNumberData(age);    // 2
        getUpperNumberData(number); // 3
    }

    public static void getData(Box<?> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
    
    public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }

}

此时，显然，在代码//1处调用将出现错误提示，而//2 //3处调用正常。

类型通配符上限通过形如Box<? extends Number>形式定义，相对应的，类型通配符下限为Box<? super Number>形式，其含义与类型通配符上限正好相反，在此不作过多阐述了

Java泛型与C++模板的区别

由于架构设计上的差异，Java泛型和C++模板有如下很多不同点;

1. C++模板可以使用int等基本数据类型。Java则不行，必须转而使用Integer

2. Java中，可以将模板的类型参数限定为某种特定类型。例如，你可能会使用泛型实现CardDeck，并规定参数必须扩展自CardGame。

3. C++中，类型参数可以实例化，Java不可以实例化

4. Java中，类型参数（即MyClass<Foo>中的Foo）不能用于静态方法和变量，因为他们会被MyClass<Foo>和MyClass<Bar>共享。但在C++中，这些类是不同的，类型参数可以用于静态方法和静态变量。

5. 在Java中，不管类型参数是什么，MyClass的所有实例都是同一类型。类型参数会在运行时被抹去。而C++中，参数类型不同，实例类型也不同。