Java泛型深入研究

转载：http://hi.baidu.com/javajavajava/blog
实际上泛型可以用得很复杂，复杂到编写代码的人员自己也难以看懂。这往往是对泛型的滥用或者类或接口本身设计不合理导致的。 看来用好泛型还真不容易，为此必须从根源说起。一、逐渐深入泛型

1、没有任何重构的原始代码：有两个类如下，要构造两个类的对象，并打印出各自的成员x。

public class StringFoo 
{     
private String x;     
public StringFoo(String x)
 {         
this.x = x;     
}
public String getX() 
{         
 return x;    
 }    
 public void setX(String x)
 {         this.x = x;    
 }}
public class DoubleFoo 
{     
private Double x;     
public DoubleFoo(Double x) 
{         this.x = x;     }    
 public Double getX() 
{         return x;     }    
 public void setX(Double x)
 {         this.x = x;    
 }}

2、对上面的两个类进行重构，写成一个类：因为上面的类中，成员和方法的逻辑都一样，就是类型不一样，因此考虑重构。Object是所有类的父类，因此可以考虑用Object做为成员类型，这样就可以实现通用了，实际上就是“Object泛型”，暂时这么称呼。

public class ObjectFoo {     private Object x;     public ObjectFoo(Object x) {         this.x = x;     }     public Object getX() {         return x;     }     public void setX(Object x) {         this.x = x;     }}写出Demo方法如下：public class ObjectFooDemo {     public static void main(String args[]) {         ObjectFoo strFoo = new ObjectFoo("Hello Generics!");         ObjectFoo douFoo = new ObjectFoo(new Double("33"));         ObjectFoo objFoo = new ObjectFoo(new Object());         System.out.println("strFoo.getX="+(String)strFoo.getX());         System.out.println("douFoo.getX="+(Double)douFoo.getX());         System.out.println("objFoo.getX="+(Object)objFoo.getX());     }}

运行结果如下：strFoo.getX=Hello Generics!douFoo.getX=33.0objFoo.getX=java.lang.Object@19821f解说：在Java 5之前，为了让类有通用性，往往将参数类型、返回类型设置为Object类型，当获取这些返回类型来使用时候，必须将其“强制”转换为原有的类型或者接口，然后才可以调用对象上的方法。3、Java5泛型来实现 强制类型转换很麻烦，我还要事先知道各个Object具体类型是什么，才能做出正确转换。否则，要是转换的类型不对，比如将“Hello Generics!”字符串强制转换为Double,那么编译的时候不会报错，可是运行的时候就挂了。那有没有不强制转换的办法----有，改用 Java5泛型来实现。

public class GenericsFoo<T> {     private T x;     public GenericsFoo(T x) {         this.x = x;     }     public T getX() {         return x;     }     public void setX(T x) {         this.x = x;     }}public class GenericsFooDemo {     public static void main(String args[]){         GenericsFoo<String> strFoo=new GenericsFoo<String>("Hello Generics!");         GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));         GenericsFoo<Object> objFoo=new GenericsFoo<Object>(new Object());         System.out.println("strFoo.getX="+strFoo.getX());         System.out.println("douFoo.getX="+douFoo.getX());         System.out.println("objFoo.getX="+objFoo.getX());     }}

运行结果：strFoo.getX=Hello Generics!douFoo.getX=33.0objFoo.getX=java.lang.Object@19821f和使用“Object泛型”方式实现结果的完全一样，但是这个Demo简单多了，里面没有强制类型转换信息。下面解释一下上面泛型类的语法：使用<T>来声明一个类型持有者名称，然后就可以把T当作一个类型代表来声明成员、参数和返回值类型。当然T仅仅是个名字，这个名字可以自行定义。class GenericsFoo<T> 声明了一个泛型类，这个T没有任何限制，实际上相当于Object类型，实际上相当于 class GenericsFoo<T extends Object>。与Object泛型类相比，使用泛型所定义的类在声明和构造实例的时候，可以使用“<实际类型>”来一并指定泛型类型持有者的真实类型。类如GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));当然，也可以在构造对象的时候不使用尖括号指定泛型类型的真实类型，但是你在使用该对象的时候，就需要强制转换了。比如：GenericsFoo douFoo=new GenericsFoo(new Double("33"));实际上，当构造对象时不指定类型信息的时候，默认会使用Object类型，这也是要强制转换的原因。二、泛型的高级应用1、限制泛型的可用类型 在上面的例子中，由于没有限制class GenericsFoo<T>类型持有者T的范围，实际上这里的限定类型相当于Object，这和“Object泛型”实质是一样的。限制比如我们要限制T为集合接口类型。只需要这么做：class GenericsFoo<T extends Collection>，这样类中的泛型T只能是Collection接口的实现类，传入非Collection接口编译会出错。注意：<T extends Collection>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类型是实现Collection接口的类型，或者T是继承了XX类的类型。下面继续对上面的例子改进，我只要实现了集合接口的类型：

public class CollectionGenFoo<T extends Collection> {     private T x;     public CollectionGenFoo(T x) {         this.x = x;     }     public T getX() {         return x;     }     public void setX(T x) {         this.x = x;     }}实例化的时候可以这么写：public class CollectionGenFooDemo {     public static void main(String args[]) {         CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;         listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());         //出错了,不让这么干。//         CollectionGenFoo<Collection> listFoo = null;//         listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());         System.out.println("实例化成功!");     }}

当前看到的这个写法是可以编译通过，并运行成功。可是注释掉的两行加上就出错了，因为<T extends Collection>这么定义类型的时候，就限定了构造此类实例的时候T是确定的一个类型，这个类型实现了Collection接口，但是实现 Collection接口的类很多很多，如果针对每一种都要写出具体的子类类型，那也太麻烦了，我干脆还不如用Object通用一下。别急，泛型针对这种 情况还有更好的解决方案，那就是“通配符泛型”。2、通配符泛型为了解决类型被限制死了不能动态根据实例来确定的缺点，引入了“通配符泛型”，针对上面的例子，使用通配泛型格式为<? extends Collection>，“？”代表未知类型，这个类型是实现Collection接口。那么上面实现的方式可以写为：

public class CollectionGenFooDemo {     public static void main(String args[]) {         CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;         listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());         //现在不会出错了         CollectionGenFoo<? extends Collection> listFoo1 = null;         listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());         System.out.println("实例化成功!");     }}

注意：1、如果只指定了<?>，而没有extends，则默认是允许Object及其下的任何Java类了。也就是任意类。2、通配符泛型不单可以向下限制，如<? extends Collection>，还可以向上限制，如<? super Double>，表示类型只能接受Double及其上层父类类型，如Number、Object类型的实例。3、泛型类定义可以有多个泛型参数，中间用逗号隔开，还可以定义泛型接口，泛型方法。这些都泛型类中泛型的使用规则类似。三、泛型的综合运用实例（代码参考java参考大全，有改动）

public class AvgGen<T extends Number> {     public AvgGen() {
     }     
public double getAvg(T[] arr) {
         double sum = 0.0;
         for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
             sum = sum + arr[i].doubleValue();
         }
         return sum / arr.length;
     }
     public static void main(String[] args) {
         //整形数组求均值
         System.out.println("整形数组{1, 3}求均值:");
         Integer[] intArr = {1, 3};
         AvgGen<Integer> intObj = new AvgGen<Integer>();
         double intavg = intObj.getAvg(intArr);
         System.out.println(intavg);         System.out.println();         //浮点型数组求均值
         System.out.println("浮点型数组{1.1f,2.9f}求均值:");
         Float[]   fArr = {1.1f, 2.9f};
         AvgGen<Float> fObj = new AvgGen<Float>();
         double favg = fObj.getAvg(fArr);
         System.out.println(favg);
     }
}
/**
* Created by IntelliJ IDEA.
* User: leizhimin
* Date: 2007-9-18
* Time: 11:08:14
* 使用通配符泛型参数：泛型参数是可变的，可在运行时来确定。
*/
public class AvgCompGen<T extends Number> {
     private T[] arr;     /**
      * 构造函数
      * @param arr
      */
     public AvgCompGen(T[] arr) {
         this.arr = arr;
     }

     /**
      * 求数组均值
      * @return 数组均值
      */
     public double getAvg() {
         double sum = 0.0;
         for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
             sum += arr[i].doubleValue();
         }
         return sum / arr.length;
     }
     /**
      * 比较数组均值是否相等(使用通配符泛型参数)
      * AvgCompGen<?>表示可以匹配任意的AvgCompGen对象，有点类似Object
      *
      * @param x 目标对象
      * @return 均值是否相等
      */
     public boolean sameAvg(AvgCompGen<?> x) {
         if (getAvg() == x.getAvg()) return true;
         return false;
     }

     /**
      * 主函数：用来测试
      * @param args
      */
     public static void main(String[] args) {
         //创建参数为Integer类型泛型对象
         Integer[] intArr = {1, 3};
         AvgCompGen<Integer> intObj = new AvgCompGen<Integer>(intArr);
         System.out.println("intObj的平均值="+intObj.getAvg());         //创建参数为Double类型泛型对象
         Double[] douArr = {1.0, 3.0};
         AvgCompGen<Double> douObj = new AvgCompGen<Double>(douArr);
         System.out.println("douObj的平均值="+douObj.getAvg());         //创建参数为Float类型泛型对象
         Float[] fltArr = {0.8f, 3.2f};
         AvgCompGen<Float> fltObj = new AvgCompGen<Float>(fltArr);
         System.out.println("fltObj的平均值="+fltObj.getAvg());         //两两比较对象的均值是否相等
         if (intObj.sameAvg(douObj))
             System.out.println("intArr与douArr的值相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() +
                 "    douObj的均值=" + douObj.getAvg());
         else
             System.out.println("intArr与douArr的值不相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() +
                 "    douObj的均值=" + douObj.getAvg());         if (intObj.sameAvg(fltObj))
             System.out.println("intArr与fltObj的值相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() +
                   "    fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
         else
             System.out.println("intArr与fltObj的值不相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() +
                   "    fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());         if (douObj.sameAvg(fltObj))
             System.out.println("douObj与fltObj的值相等,结果为:" + " douObj的均值=" + intObj.getAvg() +
                   "    fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
         else
             System.out.println("douObj与fltObj的值不相等,结果为:" + " douObj的均值=" + intObj.getAvg() +
                   "    fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
     }
}


/**
* Created by IntelliJ IDEA.
* User: leizhimin
* Date: 2007-9-18
* Time: 16:09:37
* 三种坐标，用泛型实现坐标打印
*/
public class TwoD {
     int x, y;     public TwoD(int x, int y) {
         this.x = x;
         this.y = y;
     }
}

class ThreeD extends TwoD {
     int z;     public ThreeD(int x, int y, int z) {
         super(x, y);
         this.z = z;
     }
}


class FourD extends ThreeD {
     int t;     public FourD(int x, int y, int z, int t) {
         super(x, y, z);
         this.t = t;
     }
}
/**
* 存放泛型坐标的（数据结构）类
*/
class Coords<T extends TwoD> {
     T[] coords;     
public Coords(T[] coords) {
         this.coords = coords;
     }
}
/**
* 工具类--打印泛型数据
* 并给出一个测试方法
*/
class BoundeWildcard {
     static void showXY(Coords<?> c) {
         System.out.println("X Y Coordinates:");
         for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {
             System.out.println(c.coords[i].x + "   " + c.coords[i].y);
         }
         System.out.println();
     }
    static void showXYZ(Coords<? extends ThreeD> c) {
         System.out.println("X Y Z Coordinates:");
         for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {
             System.out.println(c.coords[i].x + "   " + c.coords[i].y + "   " + c.coords[i].z);
         }
         System.out.println();
     }  
   static void showAll(Coords<? extends FourD> c) {
         System.out.println("X Y Z Coordinates:");
         for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {
             System.out.println(c.coords[i].x + "   " + c.coords[i].y + "   " + c.coords[i].z + "   " + c.coords[i].t);
         }
         System.out.println();
     }  
   public static void main(String args[]) {
         TwoD td[] = {
                 new TwoD(0, 0),
                 new TwoD(7, 9),
                 new TwoD(18, 4),
                 new TwoD(-1, -23)
         };
         Coords<TwoD> tdlocs = new Coords<TwoD>(td);
         System.out.println("Contents of tdlocs.");
         showXY(tdlocs);   

        FourD fd[] = {
                 new FourD(1, 2, 3, 4),
                 new FourD(6, 8, 14, 8),
                 new FourD(22, 9, 4, 9),
                 new FourD(3, -2, -23, 17)
         };
         Coords<FourD> fdlocs = new Coords<FourD>(fd);
         System.out.println("Contents of fdlocs.");
         showXY(fdlocs);
         showXYZ(fdlocs);
         showAll(fdlocs);
     }
}

运行结果：

C:\java>java BoundeWildc
Contents of tdlocs.
X Y Coordinates:
0 0
7 9
18 4
-1 -23

Contents of fdlocs.
X Y Coordinates:
1 2
6 8
22 9
3 -2

X Y Z Coordinates:
1 2 3
6 8 14
22 9 4
3 -2 -23

X Y Z Coordinates:
1 2 3 4
6 8 14 8
22 9 4 9
3 -2 -23 17

注意：多个泛型类、接口，接口、类继承，这种设计方式往往会导致泛型很复杂，程序的可读性急剧下降，程序中应该兼顾代码的可读性。总结：泛型其实就是一个类型的参数化，没有它程序照样写！把这句话记心里。有两层含义：一是泛型的实质，二是要知其然还要知其所以然。泛型不可怕，泛型的设计也从开发者角度出发的，使用得当会大大提高代码的安全性和简洁性。