Java泛型详解

1.为什么需要泛型

泛型在Java中有很重要的地位,网上很多文章罗列各种理论,不便于理解,本篇将立足于代码介绍、总结了关于泛型的知识。希望能给你带来一些帮助。

先看下面的代码:

 

  1. List list = new ArrayList();  
  2. list.add("优快云_SEU_Cavin");  
  3. list.add(100);  
  4. for (int i = 0; i < list.size(); i++) {  
  5.   String name = (String) list.get(i); //取出Integer时,运行时出现异常  
  6. System.out.println("name:" + name);  
  7. }  

 

本例向list类型集合中加入了一个字符串类型的值和一个Integer类型的值。(这样合法,因为此时list默认的类型为Object类型)。在之后的循环中,由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他原因,运行时会出现java.lang.ClassCastException异常。为了解决这个问题,泛型应运而生。

 

 

2.泛型的使用

Java泛型编程是JDK1.5版本后引入的。泛型让编程人员能够使用类型抽象,通常用于集合里面。

只要在上例中将第1行代码改成如下形式,那么就会在编译list.add(100)时报错。

  1. List<String> list = new ArrayList<String>();  

通过List<String>,直接限定了list集合中只能含有String类型的元素,从而在上例中的第6行中,无须进行强制类型转换,因为集合能够记住其中元素的类型信息,编译器已经能够确认它是String类型了。

 

3.泛型只在编译阶段有效

看下面的代码:

 

  1. AyyayList<String> a = new ArrayList<String>();  
  2. ArrayList b = new ArrayList();  
  3. Class c1 = a.getClass();  
  4. Class c2 = b.getClass();  
  5. System.out.println(a == b); //true  

 

上面程序的输出结果为true。所有反射的操作都是在运行时的,既然为true,就证明了编译之后,程序会采取去泛型化的措施,也就是说Java中的泛型,只在编译阶段有效。在编译过程中,正确检验泛型结果后,会将泛型的相关信息擦出,并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换的方法。也就是说,成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

 

上述结论可通过下面反射的例子来印证:

 

  1. ArrayList<String> a = new ArrayList<String>();  
  2. a.add("优快云_SEU_Cavin");  
  3. Class c = a.getClass();  
  4. try{  
  5.     Method method = c.getMethod("add",Object.class);  
  6.     method.invoke(a,100);  
  7.     System.out.println(a);  
  8. }catch(Exception e){  
  9.     e.printStackTrace();  
  10. }  

 

因为绕过了编译阶段也就绕过了泛型,输出结果为:

  1. [优快云_SEU_Cavin, 100]  

 

 

4.泛型类和泛型方法

如下,我们看一个泛型类和方法的使用例子,和未使用泛型的使用方法进行了对比,两者输出结果相同,在这里贴出来方便读者体会两者的差异。泛型接口的例子有兴趣可以去找一些资料,这里就不赘述了。

(1)使用泛型的情况

  1. public static class FX<T> {  
  2.     private T ob; // 定义泛型成员变量  
  3.   
  4.     public FX(T ob) {  
  5.         this.ob = ob;  
  6.     }  
  7.   
  8.     public T getOb() {  
  9.         return ob;  
  10.     }  
  11.   
  12.     public void showTyep() {  
  13.         System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());  
  14.     }  
  15. }  
  16.     public static void main(String[] args) {  
  17.         FX<Integer> intOb = new FX<Integer>(100);  
  18.         intOb.showTyep();  
  19.         System.out.println("value= " + intOb.getOb());  
  20.         System.out.println("----------------------------------");  
  21.   
  22.         FX<String> strOb = new FX<String>("优快云_SEU_Calvin");  
  23.         strOb.showTyep();  
  24.         System.out.println("value= " + strOb.getOb());  
  25. }  

(2)不使用泛型的情况

 

  1. public static class FX {  
  2.     private Object ob; // 定义泛型成员变量  
  3.   
  4.     public FX(Object ob) {  
  5.         this.ob = ob;  
  6.     }  
  7.   
  8.     public Object getOb() {  
  9.         return ob;  
  10.     }  
  11.   
  12.     public void showTyep() {  
  13.         System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());  
  14.     }  
  15. }  
  16.   
  17.     public static void main(String[] args) {  
  18.         FX intOb = new FX(new Integer(100));  
  19.         intOb.showTyep();  
  20.         System.out.println("value= " + intOb.getOb());  
  21.         System.out.println("----------------------------------");  
  22.   
  23.         FX strOb = new FX("优快云_SEU_Calvin");  
  24.         strOb.showTyep();  
  25.         System.out.println("value= " + strOb.getOb());  
  26.     }  

 

输出结果均为:

  1. T的实际类型是: java.lang.Integer  
  2. value= 100  
  3. ----------------------------------  
  4. T的实际类型是: java.lang.String  
  5. value= 优快云_SEU_Calvin  

 

5.通配符

为了引出通配符的概念,先看如下代码:

 

  1. List<Integer> ex_int= new ArrayList<Integer>();    
  2. List<Number> ex_num = ex_int; //非法的  

 

上述第2行会出现编译错误,因为Integer虽然是Number的子类,但List<Integer>不是List<Number>的子类型。

假定第2行代码没有问题,那么我们可以使用语句ex_num.add(newDouble())在一个List中装入了各种不同类型的子类,这显然是不可以的,因为我们在取出List中的对象时,就分不清楚到底该转型为Integer还是Double了。

 因此,我们需要一个在逻辑上可以用来同时表示为List<Integer>和List<Number>的父类的一个引用类型,类型通配符应运而生。在本例中表示为List<?>即可。下面这个例子也说明了这一点,注释已经写的很清楚了。

 

  1. public static void main(String[] args) {  
  2.     FX<Number> ex_num = new FX<Number>(100);  
  3.     FX<Integer> ex_int = new FX<Integer>(200);  
  4.     getData(ex_num);  
  5.     getData(ex_int);//编译错误  
  6. }  
  7.   
  8. public static void getData(FX<Number> temp) { //此行若把Number换为“?”编译通过  
  9.     //do something...  
  10. }  
  11.       
  12. public static class FX<T> {  
  13.     private T ob;   
  14.     public FX(T ob) {  
  15.         this.ob = ob;  
  16.     }  
  17. }  

 

 

 

6.上下边界

看了下面这个上边界的例子就明白了,下界FX<? supers Number>的形式就不做过多赘述了。

  1. public static void main(String[] args) {  
  2.     FX<Number> ex_num = new FX<Number>(100);  
  3.     FX<Integer> ex_int = new FX<Integer>(200);  
  4.     getUpperNumberData(ex_num);  
  5.     getUpperNumberData(ex_int);  
  6. }  
  7.   
  8. public static void getUpperNumberData(FX<? extends Number> temp){  
  9.       System.out.println("class type :" + temp.getClass());  
  10. }  
  11.       
  12. public static class FX<T> {  
  13.     private T ob;   
  14.     public FX(T ob) {  
  15.     this.ob = ob;  
  16.     }  
  17. }  

 

 

7.泛型的好处

(1)类型安全。 

通过知道使用泛型定义的变量的类型限制,编译器可以更有效地提高Java程序的类型安全。 

(2)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。

(3)提高性能。 

  1. Lits list1 = new ArrayList();  
  2. list1.add("优快云_SEU_Cavin ");  
  3. String str1 = (String)list1.get(0);  
  1. List<String> list2 = new ArrayList<String>();  
  2. list2.add("优快云_SEU_Cavin ");  
  3. 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。

 

8.泛型使用的注意事项

 

(1)泛型的类型参数只能是类类型(包括自定义类),不能是简单类型。

(2)泛型的类型参数可以有多个。

(3)不能对确切的泛型类型使用instanceof操作。如下面的操作是非法的,编译时会出错。

 

  1. if(ex_num instanceof FX<Number>){   
  2. }  

 

(4)不能创建一个确切的泛型类型的数组。下面使用Sun的一篇文档的一个例子来说明这个问题:

 

  1. List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // Not really allowed.    
  2. Object o = lsa;    
  3. Object[] oa = (Object[]) o;    
  4. List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
  5. li.add(new Integer(3));    
  6. oa[1] = li; // Unsound, but passes run time store check    
  7. String s = lsa[1].get(0); // Run-time error: ClassCastException.    

这种情况下,由于JVM泛型的擦除机制,在运行时JVM是不知道泛型信息的,所以可以给oa[1]赋上一个ArrayList<Integer>而不会出现异常,但是在取出数据的时候却要做一次类型转换,所以就会出现ClassCastException,如果可以进行泛型数组的声明,上面说的这种情况在编译期将不会出现任何的警告和错误,只有在运行时才会出错。

下面采用通配符的方式是被允许的:

 

    1. List<?>[] lsa = new List<?>[10]; // OK, array of unbounded wildcard type.    
    2. Object o = lsa;    
    3. Object[] oa = (Object[]) o;    
    4. List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
    5. li.add(new Integer(3));    
    6. oa[1] = li; // Correct.    
    7. Integer i = (Integer) lsa[1].get(0); // OK  
<think>嗯,用户想了解Java详解。首先,我需要回忆一下Java的基本概念和应用场景。Java 5引入的特性,主要用于增强类安全,减少类转换的麻烦,以及提高代码的可重用性。用户可能是在学习过程中遇到了相关的困惑,或者在实际开发中需要更深入的理解。 接下来,用户的需求可能包括了解的基本语法、类擦除、通配符、方法、类与接口,以及使用限制等。需要分步骤讲解,确保结构清晰。可能需要从为什么需要开始,然后逐步展开各个部分。 要注意的是,用户可能对类擦除这一Java的实现机制不太清楚,需要详细解释。同时,通配符部分,尤其是上下界通配符的区别和使用场景,可能是容易混淆的地方,需要举例说明。此外,在集合框架中的应用是一个常见的例子,可以用来帮助用户理解。 还需要考虑用户可能的误区,比如在运行时类信息被擦除的问题,导致无法进行instanceof判断或者创建数组。这些限制需要明确说明,避免用户在实际使用中犯错。 另外,用户可能对方法与类的区别不太清楚,需要分别举例说明。比如,方法可以在普通类中定义,而类则是整个类作用于类参数。 最后,要确保语言通俗易懂,避免过于技术性的术语,同时结合代码示例,让用户能够通过实例理解抽象的概念。检查是否有遗漏的重要知识点,比如继承、通配符捕获等,但可能根据用户的提问深度决定是否展开。</think>以下是对Java的系统化详解,分步骤解析核心概念和用法: --- ### 一、解决的问题 1. **类安全** 在集合等场景中,编译时检测类错误,避免运行时`ClassCastException` ```java // 非写法(存在隐患) List list = new ArrayList(); list.add("abc"); Integer num = (Integer) list.get(0); // 运行时异常 // 写法(编译时报错) List<String> list = new ArrayList<>(); list.add(123); // 编译错误 ``` 2. **消除强制类转换** 明确容器存储类,减少冗余代码 --- ### 二、基础语法 #### 1. 类 ```java public class Box<T> { private T content; public void setContent(T content) { this.content = content; } public T getContent() { return content; } } ``` - `T`为类参数(可任意命名,常用`T`, `E`, `K`, `V`等) - 实例化时指定具体类: ```java Box<Integer> intBox = new Box<>(); ``` #### 2. 接口 ```java public interface Comparator<T> { int compare(T o1, T o2); } ``` #### 3. 方法 ```java public <T> void printArray(T[] array) { for (T element : array) { System.out.println(element); } } ``` - 类参数声明在方法返回值前 --- ### 三、类擦除(关键机制) 1. **编译时类检查** 编译器检查合法性 2. **运行时类擦除** 生成的字节码中不包含信息,替换为原始类 ```java List<String> list = new ArrayList<>(); // 编译后等效于 List list = new ArrayList(); ``` 3. **桥方法生成** 用于保持多态性(如继承类时) --- ### 四、通配符 #### 1. 上界通配符 `<? extends T>` ```java void process(List<? extends Number> list) { // 允许读取为Number类 Number num = list.get(0); // 不允许添加元素(编译器无法确定具体子类) } ``` #### 2. 下界通配符 `<? super T>` ```java void addNumbers(List<? super Integer> list) { list.add(42); // 允许添加Integer及其父类元素 Object obj = list.get(0); // 读取只能作为Object } ``` #### 3. 无限定通配符 `<?>` ```java void printList(List<?> list) { for (Object elem : list) { System.out.println(elem); } } ``` --- ### 五、重要限制 1. **无法实例化类参数** ```java T obj = new T(); // 编译错误 ``` 2. **不能创建数组** ```java T[] array = new T[10]; // 编译错误 ``` 3. **静态上下文中不可用** ```java public class Test<T> { private static T instance; // 错误 } ``` 4. **instanceof检测无效** ```java if (list instanceof ArrayList<String>) { ... } // 编译错误 ``` --- ### 六、高级技巧 1. **类参数多重限定** ```java <T extends Comparable & Serializable> ``` 2. **与反射** ```java Type type = new TypeToken<Map<String, Integer>>(){}.getType(); ``` 3. **PECS原则** Producer-Extends, Consumer-Super (适合选择通配符边界的场景) --- ### 七、典应用场景 1. 集合框架(`ArrayList<E>`, `HashMap<K,V>`) 2. 工具类方法(`Collections.sort()`) 3. 回调接口设计(`Comparator<T>`) 4. 自定义通用数据结构 --- 通过掌握这些核心概念,可以写出类更安全、复用性更强的Java代码。建议结合具体项目实践加深理解。
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