Java泛型介绍

最新推荐文章于 2025-05-30 13:27:59 发布

wu_amber

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分类专栏： java 文章标签：泛型类型擦除

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引言

泛型是Java中一个非常重要的知识点，在Java集合类框架中泛型被广泛应用。 Java中泛型的引入主要是为了解决两个方面的问题：1.集合类型元素在运行期出现类型装换异常，增加编译时类型的检查，2. 解决重复代码的编写，能够复用算法。

泛型基础

泛型类

我们首先定义一个简单的Box类：

public class Box {

private String boxname;

public void set(String boxname) { this.boxname = boxname; }

public String get() { return boxname; }

}

这是最常见的做法，这样做的一个坏处是Box里面现在只能装入String类型的元素，今后如果我们需要装入Integer等其他类型的元素，还必须要另外重写一个Box，代码得不到复用，使用泛型可以很好的解决这个问题。

public class Box<T> {

// T stands for "Type"

private T t;

public void set(T t) { this.t = t; }

public T get() { return t; }

}

这样我们的Box类便可以得到复用，我们可以将T替换成任何我们想要的类型：

Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();

Box<Double> doubleBox = new Box<Double>();

Box<String> stringBox = new Box<String>();

泛型方法

看完了泛型类，接下来我们来了解一下泛型方法。声明一个泛型方法很简单，只要在返回类型前面加上一个类似<K, V>的形式就行了：

public class Util {

public static <K, V> boolean compare(Pair<K, V> p1, Pair<K, V> p2) {

return p1.getKey().equals(p2.getKey()) &&

p1.getValue().equals(p2.getValue());

}

public class Pair<K, V> {

private K key;

private V value;

public Pair(K key, V value) {

this.key = key;

this.value = value;

}

public void setKey(K key) { this.key = key; }

public void setValue(V value) { this.value = value; }

public K getKey() { return key; }

public V getValue() { return value; }

}

我们可以像下面这样去调用泛型方法：

Pair<Integer, String> p1 = new Pair<>(1, "apple");

Pair<Integer, String> p2 = new Pair<>(2, "pear");

boolean same = Util.<Integer, String>compare(p1, p2);

或者在Java1.7/1.8利用type inference，让Java自动推导出相应的类型参数：

Pair<Integer, String> p1 = new Pair<>(1, "apple");

Pair<Integer, String> p2 = new Pair<>(2, "pear");

boolean same = Util.compare(p1, p2);

边界符

现在我们要实现这样一个功能，查找一个泛型数组中大于某个特定元素的个数，我们可以这样实现：

public static <T> int countGreaterThan(T[] anArray, T elem) {

int count = 0;

for (T e : anArray)

if (e > elem) // compiler error

++count;

return count;

}

但是这样很明显是错误的，因为除了short, int, double, long, float, byte, char等原始类型，其他的类并不一定能使用操作符>，所以编译器报错，那怎么解决这个问题呢？答案是使用边界符。

public interface Comparable<T> {

public int compareTo(T o);

}

做一个类似于下面这样的声明，这样就等于告诉编译器类型参数T代表的都是实现了Comparable接口的类，这样等于告诉编译器它们都至少实现了compareTo方法。通过限定T extends Comparable 表明，T是实现了Comparable的接口的类型，因此也实现了compareTo方法，因此不会产生编译期错误。

public static <T extends Comparable<T>> int countGreaterThan(T[] anArray, T elem) {

int count = 0;

for (T e : anArray)

if (e.compareTo(elem) > 0)

++count;

return count;

}

类型的多个限定时我们可以使用&来进行分割，并且限定的关键词只能使用extends。与此同时在接口与类型都存在的情况下，类只能放在第一个，并且只能有一个，如下所示：

1	`<T extends Object&Comparable&Serializable>`

通配符

在了解通配符之前，我们首先必须要澄清一个概念，还是借用我们上面定义的Box类，假设我们添加一个这样的方法：

1	`public` `void` `boxTest(Box<Number> n) {` `/* ... */` `}`

那么现在Box<Number> n允许接受什么类型的参数？我们是否能够传入Box<Integer>或者Box<Double>呢？答案是否定的，虽然Integer和Double是Number的子类，但是在泛型中Box<Integer>或者Box<Double>与Box<Number>之间并没有任何的关系。这一点非常重要，接下来我们通过一个完整的例子来加深一下理解。

首先我们先定义几个简单的类，下面我们将用到它：

class Fruit {}

class Apple extends Fruit {}

class Orange extends Fruit {}

下面这个例子中，我们创建了一个泛型类Reader，然后在f1()中当我们尝试Fruit f = fruitReader.readExact(apples);编译器会报错，因为List<Fruit>与List<Apple>之间并没有任何的关系。

public class GenericReading {

static List<Apple> apples = Arrays.asList(new Apple());

static List<Fruit> fruit = Arrays.asList(new Fruit());

static class Reader<T> {

T readExact(List<T> list) {

return list.get(0);

}

static void f1() {

Reader<Fruit> fruitReader = new Reader<Fruit>();

// Errors: List<Fruit> cannot be applied to List<Apple>.

// Fruit f = fruitReader.readExact(apples);

}

public static void main(String[] args) {

f1();

}

但是按照我们通常的思维习惯，Apple和Fruit之间肯定是存在联系，然而编译器却无法识别，那怎么在泛型代码中解决这个问题呢？我们可以通过使用通配符来解决这个问题：

static class CovariantReader<T> {

T readCovariant(List<? extends T> list) {

return list.get(0);

}

static void f2() {

CovariantReader<Fruit> fruitReader = new CovariantReader<Fruit>();

Fruit f = fruitReader.readCovariant(fruit);

Fruit a = fruitReader.readCovariant(apples);

}

public static void main(String[] args) {

f2();

}

这样就相当与告诉编译器， fruitReader的readCovariant方法接受的参数只要是满足Fruit的子类就行(包括Fruit自身)，这样子类和父类之间的关系也就关联上了。

PECS原则

上面我们看到了类似<? extends T>的用法，利用它我们可以从list里面get元素，那么我们可不可以往list里面add元素呢？我们来尝试一下：

public class GenericsAndCovariance {

public static void main(String[] args) {

// Wildcards allow covariance:

List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();

// Compile Error: can't add any type of object:

// flist.add(new Apple())

// flist.add(new Orange())

// flist.add(new Fruit())

// flist.add(new Object())

flist.add(null); // Legal but uninteresting

// We Know that it returns at least Fruit:

Fruit f = flist.get(0);

}

答案是否定，Java编译器不允许我们这样做，为什么呢？对于这个问题我们不妨从编译器的角度去考虑。因为List<? extends Fruit> flist它自身可以有多种含义：

List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Fruit>();

List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();

List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Orange>();

当我们尝试add一个Apple的时候，flist可能指向new ArrayList<Orange>();
当我们尝试add一个Orange的时候，flist可能指向new ArrayList<Apple>();
当我们尝试add一个Fruit的时候，这个Fruit可以是任何类型的Fruit，而flist可能只想某种特定类型的Fruit，编译器无法识别所以会报错。

所以对于实现了<? extends T>的集合类只能将它视为Producer向外提供(get)元素，而不能作为Consumer来对外获取(add)元素。

如果我们要add元素应该怎么做呢？可以使用<? super T>：

public class GenericWriting {

static List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();

static List<Fruit> fruit = new ArrayList<Fruit>();

static <T> void writeExact(List<T> list, T item) {

list.add(item);

}

static void f1() {

writeExact(apples, new Apple());

writeExact(fruit, new Apple());

}

static <T> void writeWithWildcard(List<? super T> list, T item) {

list.add(item)

}

static void f2() {

writeWithWildcard(apples, new Apple());

writeWithWildcard(fruit, new Apple());

}

public static void main(String[] args) {

f1(); f2();

}

这样我们可以往容器里面添加元素了，但是使用super的坏处是以后不能get容器里面的元素了，原因很简单，我们继续从编译器的角度考虑这个问题，对于List<? super Apple> list，它可以有下面几种含义：

List<? super Apple> list = new ArrayList<Apple>();

List<? super Apple> list = new ArrayList<Fruit>();

List<? super Apple> list = new ArrayList<Object>();

当我们尝试通过list来get一个Apple的时候，可能会get得到一个Fruit，这个Fruit可以是Orange等其他类型的Fruit。

根据上面的例子，我们可以总结出一条规律，”Producer Extends, Consumer Super”：

“Producer Extends” – 如果你需要一个只读List，用它来produce T，那么使用? extends T。
“Consumer Super” – 如果你需要一个只写List，用它来consume T，那么使用? super T。
如果需要同时读取以及写入，那么我们就不能使用通配符了。

如何阅读过一些Java集合类的源码，可以发现通常我们会将两者结合起来一起用，比如像下面这样：

public class Collections {

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {

for (int i=0; i<src.size(); i++)

dest.set(i, src.get(i));

}

类型擦除

类型擦除就是说Java泛型只能用于在编译期间的静态类型检查，然后编译器生成的代码会擦除相应的类型信息，这样到了运行期间实际上JVM根本就知道泛型所代表的具体类型。这样做的目的是因为Java泛型是1.5之后才被引入的，为了保持向下的兼容性，所以只能做类型擦除来兼容以前的非泛型代码。

在Java中不允许创建泛型数组
无法对泛型代码直接使用instanceof关键字
利用类型参数创建实例的做法编译器不会通过：

public static <E> void append(List<E> list) {

E elem = new E(); // compile-time error

list.add(elem);

}

如果某些场景我们想要需要利用类型参数创建实例，可以利用反射解决这个问题：

public static <E> void append(List<E> list, Class<E> cls) throws Exception {

E elem = cls.newInstance(); // OK

list.add(elem);

}