【Java】泛型的理解与使用，包装类

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原创最新推荐文章于 2026-05-14 14:40:47 发布 434 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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一. 引出泛型

一般的类和方法，只能使用具体的类型: 要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍。

泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现参数化。

我们知道所有类的父类，默认为Object类，那么我们可以实现数组的类型为Object；此时数组中可以存放任意类型的数据，看下面给出的代码：

class MyArray {
 
    public Object[] array = new Object[10];
    public Object getPos(int pos) {
 
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,Object val) {
 
        this.array[pos] = val;
    }
}
public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        MyArray myArray = new MyArray();
        //存放整形
        myArray.setVal(0,10);
        //字符串也可以存放
        myArray.setVal(1,"hello");
        //也可以存放char，float,自定义类型……
        //编译报错，这里是向下转型，需要进行强制类型转换
        String ret = myArray.getPos(1);
        System.out.println(ret);
    }
}

上面的代码存在两个问题，可以想象如果在实际开发中写出这样的代码，对于代码的维护是非常不友好的；

任何类型数据都可以存放
1号下标本身就是字符串，但是确编译报错；必须进行强制类型转换

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种或几种数据类型；而不是同时持有这么多类型。

所以，**泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查；**此时，就需要把类型，作为参数传递；需要什么类型，就传入什么类型。

二. 泛型类

1. 泛型类的语法

【语法】

类名后的 <T> 代表占位符，表示当前类是一个泛型类，T是形参，用来接收传入的数据类型(实参)。

class 泛型类名称<类型形参列表> {
 
// 这里可以使用类型参数
}

class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
 
}
class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
 
// 这里可以使用类型参数
}

class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
 
// 可以只使用部分类型参数
}

【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

E 表示 Element
K 表示 Key
V 表示 Value
N 表示 Number
T 表示 Type
S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

使用泛型就可以解决1中的问题，将1中的代码改写如下：

class MyArray<T> {
 
    //不能实例化泛型类的数组
    public T[] array = (T[])new Object[10];//1
    public T getPos(int pos) {
 
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,T val) {
 
        this.array[pos] = val;
    }
}

public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        //类型参数化，指定要放入的数据的类型
        MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2
        myArray.setVal(0,10);
        myArray.setVal(1,12);
        //不需要自己去实现强转
        int ret = myArray.getPos(1);//3
        System.out.println(ret);
        //编译错误，会进行类型检查
        //myArray.setVal(2,"bit");//4
    }
}

【注意事项】：

注释1处，不能new泛型类型的数组，下面给出的写法是错误的
```
T[] ts = new T[5];//是不对的
```

注释2处，类型后加入指定当前类型(实参)，要注意的是这里的类型不能是基本数据类型，只能是类类型（具体的一个类）。
注释3处，不需要进行强制类型转换，泛型会自动进行强转。
注释4处，代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查，当存放的元素与指定的类型不符时就会编译报错。

2. 泛型类的使用

【语法】

// 定义一个泛型类引用
泛型类<类型实参> 变量名; 
// 实例化一个泛型类对象
new 泛型类<类型实参>(构造方法实参);

【代码示例】

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

【类型推导】(Type Inference)

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); 
// 可以推导出实例化需要的类型实参为 String

【小结】

泛型是将数据类型参数化，进行传递
使用表示当前类是一个泛型类。
泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换

3. 裸类型(Raw Type)

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，下面给出的就是一个裸类型

class MyArray<T> {
 
    //……
}
//裸类型
MyArray list = new MyArray();

裸类型并没有传递类型给形参，此时编译器也就不会自动进行类型检查和强制类型转换

所以我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制

三. 泛型是如何编译的

1. 擦除机制

在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为： 擦除机制 ；

Java的泛型机制是在编译期间实现的，编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

2. 不能实例化泛型类数组的原因

上面已经提到过，泛型类数组是不能直接进行实例化的，去new一个泛型类的数组编译是通不过的

T[] ts = new T[5];

因为对于Java的数组来说，在编译时必须知道它持有的所有对象的具体类型，也就是说要实例化T类型的数组，编译器在编译时需要获得T类型；但我们知道泛型是具有擦除机制的，T类型在编译时会被擦除掉，此时也就不存在所谓的泛型了，自然也就无法进行实例化了；所以编译会报错。

我们可以通过反射去实现泛型的实例化：

class MyArray<T> {
 
    public T[] array;
    public MyArray() {
 
    }
    
    /**
     * 通过反射创建，指定类型的数组
     * @param clazz 指定类型
     * @param capacity 指定容量
     */
    public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {
 
        array = (T[]) Array.newInstance(clazz, capacity);
    }
    
    public T getPos(int pos) {
 
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,T val) {
 
        this.array[pos] = val;
    }
    public T[] getArray() {
 
        return array;
    }

    public static void main(String[] args) {
 
        MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);
        Integer[] integers = myArray1.getArray();
    }
}

五. 泛型方法

【语法】

方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表){
 
    //...
}

【定义示例】

public class Util {
 
    //静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
    public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
 
        E t = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = t;
    }
}

【使用示例】

不使用类型推导

Integer[] a = {
  ... };
Util.<Integer>swap(a, 0, 9);

String[] b = {
  ... };
Util.<String>swap(b, 0, 9);

使用类型推导

Integer[] a = {
  ... };
swap(a, 0, 9);

String[] b = {
  ... };
swap(b, 0, 9);

六. 泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

【语法】

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
 
   //...
}

泛型的的上界可以是类，也可以是接口；

上界为类，那么实参必须为上界的子类或者上界本身

//只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参
public class MyArray<E extends Number> {
 
    //...
}

MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

上界为接口，那么实参必须是实现了该接口的类

//E必须是实现了Comparable接口的
public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
 
    //...
}

【使用实例】

创建两个Person对象，并以其中的age属性进行比较

Person实现了Comparable接口，设置比较方法所在类的泛型上界为Comparable，可以将比较方法设置为实例方法或者是静态方法

class Person implements Comparable<Person>{
 

    public int age;

    public Person(int age) {
 
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
 
        return this.age-o.age;
    }

    @Override
    public String toString() {
 
        return "Person{" +
                "age=" + age +
                '}';
    }
}

class Alg1<T extends Comparable<T>> {
 
    //实例泛型方法，在类的泛型处设置上界
    public T findMax (T[] array) {
 
        T max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
 
            if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
 
                max = array[i];
            }
        }
        return max;
    }
}
class Alg2 {
 //类名处不设置泛型
    //实例泛型方法，在方法处设置泛型和上界
    public <T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) {
 
        T max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
 
            //if(max < array[i]) {
 
            if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
 
                max = array[i];
            }
        }
        return max;
    }
}
class Alg3{
 
    //静态泛型方法
    //不依赖对象，必须在方法处设置上界
    public static<T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) {
 
        T max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
 
            if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
 
                max = array[i];
            }
        }
        return max;
    }
}


public class Test {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        Person[] people = {
 new Person(10),new Person(15)};

        //Alg1<Person> alg = new Alg1<>();
        //Person person = alg.findMax(people);

        Alg2 alg = new Alg2();
        Person person = alg.findMax(people);

        //Person person = Alg3.findMax(people);

        System.out.println(person);
    }
}

注意观察上面的代码，上面的代码给泛型设置了上界Comparable，此时可以将两个Person对象进行比较，但如果没有设置上界Comparable，泛型在编译时就会被擦除为Object，而 Object是没有实现Comparable接口的 ，无法进行比较功能；所以这里设置了上界，擦除时会擦除为Comparable类型

七. 通配符

1. 介绍

? 用于在泛型的使用，即为通配符

通配符是用来解决泛型无法协变的问题的，协变指的就是如果 Student 是 Person 的子类，那么 List 也应该是 List 的子类。但是泛型是不支持这样的父子类关系的。

泛型 T 是确定的类型，一旦你传了我就定下来了，而通配符则更为灵活或者说是不确定，更多的是用于扩充参数的范围.

观察下面的代码fun方法，

class Message<T> {
 
    private T message ;
    public T getMessage() {
 
        return message;
    }
    public void setMessage(T message) {
 
        this.message = message;
    }
}

public class TestDemo1 {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        Message<Integer> message = new Message() ;
        message.setMessage(99);
        fun(message); // 出现错误，只能接收String
    }
    public static void fun(Message<String> temp){
 
        System.out.println(temp.getMessage());
    }
}

解决上述问题只需要修改fun方法<>中的参数为通配符即可；要注意这里使用通配符后可以获取元素；但不可以修改元素，因为传入的类型是未知的，无法确定要放入的是什么类型的元素。

// 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型，
//但是由于不确定类型，所以去无法修改数组当中的内容
public static void fun(Message<?> temp){
 
    //temp.setMessage(100); 无法修改！
    System.out.println(temp.getMessage());
}

2. 通配符上界

? extends 类：设置泛型上限

【语法】

<? extends 上界>
<? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类

通配符的上界，不能进行写入数据，只能进行读取数据。

代码示例：

class Food {
 
}
class Fruit extends Food {
 
    //...
}
class Apple extends Fruit {
 
    //...
}
class Banana extends Fruit {
 
    //...
}
class Plate<T> {
 
    private T plate ;

    public T getPlate() {
 
        return plate;
    }

    public void setPlate(T plate) {
 
        this.plate = plate;
    }
}
public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        Plate<Fruit> plate1 = new Plate<>();
        plate1.setPlate(new Fruit());
        fun(plate1);

        Plate<Food> plate2 = new Plate<>();
        plate2.setPlate(new Food());
        
        //编译报错，fun上界为Fruit，不能接收Fruit的父类
        //fun(plate2);
    }
    
    public static void fun(Plate<? extends Fruit> temp) {
 
        //编译报错，不能修改
        //temp.setPlate(new Apple());
        
        //可以访问
        Fruit fruit = temp.getPlate();
    }
}

观察上面的代码，无法在fun方法中对temp进行修改元素，因为temp接收的是Fruit和他的子类，此时存储的元素应该是哪个子类无法确定；所以修改会报错！但是可以获取元素。

3. 通配符下界

? super 类：设置泛型下限

【语法】

<? super 下界>
<? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

通配符的下界，不能进行读取数据，只能写入数据。

代码示例：

public class TestDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        Plate<Apple> plate1 = new Plate<>();
        plate1.setPlate(new Apple());
        //fun(plate1);//编译报错

        Plate<Food> plate2 = new Plate<>();
        plate2.setPlate(new Food());
        fun(plate2);
    }
    public static void fun(Plate<? super Fruit> temp){
 
        //可以存放Fruit本身或者其子类
        temp.setPlate(new Apple());
        temp.setPlate(new Banana());

        //编译报错，不能存放Fruit的父类
        temp.setPlate(new Food());
        
        //不能取数据，因为无法知道取出的父类的类型是什么？
        //Fruit fruit = temp.getPlate();//编译报错  
    }
}

观察上面的代码，fun方法中不能获取元素，因为通配符接收的是Fruit的父类，无法获知获取到的是哪个父类型的元素；但是可以存放元素（向上转型是没有问题的）。

八. 包装类

1. 介绍

在Java中，由于基本类型不是继承自Object，也就是说基本数据类型是不具有对象特征的，它们不能像对象一样拥有属性和方法，以及对象化交互。

为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了一个包装类型；通过包装类可以让基本数据类型获取和对象一样的特征，行使对象相关的权力。

除了 Integer 和 Character，其余基本类型的包装类都是首字母大写

基本数据类型	包装类
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

【作用】

作为和基本数据类型对应的类类型存在，方便涉及到对象的操作
提供每种基本数据类型的相关属性如最大值、最小值等以及相关的操作方法

2. 与基本数据类型的转化

装箱：

把基本数据类型转换成包装类，分为自动装箱和手动装箱

拆箱：

把包装类转换成基本数据类型，分为自动拆箱和手动拆箱

【代码示例】

//装箱：把基本数据类型转换成包装类
//1、自动装箱
int i = 10;
Integer ii = i;
Integer ij = (Integer)i;
//2、手动装箱：使用构造方法
//新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
int i = 10;
Integer ii = Integer.valueOf(i);
Integer ij = new Integer(i);

//拆箱：把包装类转换成基本数据类型
//1、自动拆箱
int j = ii; 
int k = (int)ii;
//2、手动拆箱：使用intValue方法
int j = ii.intValue();

3. 常用方法和常量

intValue() ：包装类转为int类型

valueOf() ：int类型转包装类

parseInt() ：字符串转int类型

toString() ：包装类转为字符串

与其他进制的转换：

toHexString() ：十六进制

toOctalString() ：八进制

toBinaryString() ：二进制

**MAX_VALUE：**表示int型可取的最大值

**MIN_VALUE：**表示int型可取的最小值

4. 基本类型与包装类型的异同

在Java中，一切皆对象，但八大基本类型对象。
声明方式不同，基本类型无需通过new关键字来创建，而包装类型需new关键字。
存储方式及位置不同，基本类型是直接存储变量的值保存在栈中能高效的存取，包装类型需要通过引用指向实例，具体的实例保存在堆中。
初始值不同，包装类型的初始值为null，基本类型比如int类型的初始值为0
使用方式不同，比如泛型中基本数据类型只能使用包装类

5. 一道面试题

下列代码输出什么，为什么？

public static void main(String[] args) {
 
        Integer a = 127;
        Integer b = 127;
        Integer c = 128;
        Integer d = 128;
        System.out.println(a == b);
        System.out.println(c == d);
    }

执行结果：