Java泛型

概述

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。
通俗说法：无泛型的情况下，在一个类或一个方法中的参数类型只能在编写的时候指定；有泛型的情况下，参数类型可以在编译时进行指定。

例如：

无泛型情况

/**
 * 无泛型的情况下，_msg只能在编写的时候指定成具体的类型，
 * 如果想把_msg改成int类型，只能在编写时添加个指定_msg为int类型的方法
 */
public static void printMsg(String msg) {
    String _msg = msg;
    System.out.println("打印内容：" + _msg);
}

public static void printMsg(int msg) {
    int _msg = msg;
    System.out.println("打印内容：" + _msg);
}

public static void main(String[] args) {
    printMsg("A");
    printMsg(1);
}

有泛型情况

/**
 * 泛型的情况下，编写时不确定_msg是什么类型，我们暂且用T代替。
 * 在编译时，指定T为String，_msg就为String类型；
 * 指定T为int,_msg就为int类型
 */
public static <T> void printMsg(T msg){
    T _msg = msg;
    System.out.println("打印内容：" +_msg);
}

public static void main(String[] args) {
    printMsg("A");
    printMsg(1);
}

平常编码中泛型用的最常见的是ArrayList

List arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("aaaa");
arrayList.add(100);

for(int i = 0; i< arrayList.size();i++){
    String item = (String)arrayList.get(i);
    Log.d("泛型测试","item = " + item);
}

毫无疑问，程序的运行结果会以崩溃结束：

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String

ArrayList可以存放任意类型，例子中添加了一个String类型，添加了一个Integer类型，再使用时都以String的方式使用，因此程序崩溃了。为了解决类似这样的问题（在编译阶段就可以解决），泛型应运而生。

我们将第一行声明初始化list的代码更改一下，编译器会在编译阶段就能够帮我们发现类似这样的问题。

List<String> arrayList = new ArrayList<String>();
...
//arrayList.add(100); 在编译阶段，编译器就会报错

总结： 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。 

特性

泛型只在编译阶段有效。看下面的代码：

List<String> stringArrayList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList<Integer>();

Class classStringArrayList = stringArrayList.getClass();
Class classIntegerArrayList = integerArrayList.getClass();

if(classStringArrayList.equals(classIntegerArrayList)){
    System.out.println("类型相同");
}

输出结果：类型相同

通过上面的例子可以证明，在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，泛型信息不会进入到运行时阶段。

对此总结成一句话：泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。

泛型的使用

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口、泛型方法

泛型类

泛型类型用于类的定义中，被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类，如：List、Set、Map。

泛型类的最基本写法：

class 类名称 <泛型标识：可以随便写任意标识号，标识指定的泛型的类型>{
  private 泛型标识 /*（成员变量类型）*/ var; 
  .....

  }
}

一个最普通的泛型类：

//此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型
//在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
public class Demo<T>{ 
    //key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定  
    private T key;

    public Demo(T key) { //泛型构造方法形参key的类型也为T，T的类型由外部指定
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){ //泛型方法getKey的返回值类型为T，T的类型由外部指定
        return key;
    }
}

//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
//传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为Integer.
Demo<Integer> demoInteger = new Demo<Integer>(123456);

//传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为String.
Demo<String> demoString = new Demo<String>("key_vlaue");
System.out.println("key is " + demoInteger.getKey());
System.out.println("key is " + demoString.getKey());

输出结果：

: key is 123456
: key is key_vlaue

定义的泛型类，就一定要传入泛型类型实参么？并不是这样，在使用泛型的时候如果传入泛型实参，则会根据传入的泛型实参做相应的限制，此时泛型才会起到本应起到的限制作用。如果不传入泛型类型实参的话，在泛型类中使用泛型的方法或成员变量定义的类型可以为任何的类型。

看个例子：

public static class Demo<T>{
    //key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定
    private T key;

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

    public T getKey(){ //泛型方法getKey的返回值类型为T，T的类型由外部指定
        return key;
    }
}

正常情况下，指定泛型为Integer 

//传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为Integer.
Demo<Integer> demoInteger = new Demo();
demoInteger.setKey(1111);
//demoInteger.setKey("key_vlaue"); 编译器会报错
System.out.println("key is " + demoInteger.getKey());

如果实例化类时不指定泛型类型

//实例化时不指定具体类型,编辑器不报错,可以正常运行
Demo demoInteger = new Demo();
demoInteger.setKey(1111);
demoInteger.setKey("key_vlaue");
System.out.println("key is " + demoInteger.getKey());

泛型接口

泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同。泛型接口常被用在各种类的生产器中，可以看一个例子：

//定义一个泛型接口
public interface Generator<T> {
    public T next();
}

当实现泛型接口的类，未传入泛型实参时：

/**
 * 未传入泛型实参时，与泛型类的定义相同，在声明类的时候，需将泛型的声明也一起加到类中
 * 即：class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
 * 如果不声明泛型，如：class FruitGenerator implements Generator<T>，编译器会报错："Unknown class"
 */
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

当实现泛型接口的类，传入泛型实参时：

/**
 * 传入泛型实参时：
 * 定义一个生产器实现这个接口,虽然我们只创建了一个泛型接口Generator<T>
 * 但是我们可以为T传入无数个实参，形成无数种类型的Generator接口。
 * 在实现类实现泛型接口时，如已将泛型类型传入实参类型，则所有使用泛型的地方都要替换成传入的实参类型
 * 即：Generator<T>，public T next();中的的T都要替换成传入的String类型。
 */
public class FruitGenerator implements Generator<String> {

    private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};

    @Override
    public String next() {
        Random rand = new Random();
        return fruits[rand.nextInt(3)];
    }
}

泛型方法

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。

规则如下

• 所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的<E>）。
• 每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。例如：public <T,K> void showKeyName()
• 类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
• 泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像int,double,char的等）。

public class GenericMethodTest
{
   // 泛型方法 printArray                         
   public static <E> void printArray( E[] inputArray )
   {
      // 输出数组元素            
         for ( E element : inputArray ){        
            System.out.printf( "%s ", element );
         }
         System.out.println();
    }
 
    public static void main( String args[] )
    {
        // 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character
        Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        Double[] doubleArray = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 };
        Character[] charArray = { 'H', 'E', 'L', 'L', 'O' };
 
        System.out.println( "整型数组元素为:" );
        printArray( intArray  ); // 传递一个整型数组
 
        System.out.println( "\n双精度型数组元素为:" );
        printArray( doubleArray ); // 传递一个双精度型数组
 
        System.out.println( "\n字符型数组元素为:" );
        printArray( charArray ); // 传递一个字符型数组
    } 
}

通过例子辨别真假泛型方法

//这个类是个泛型类，在上面已经介绍过
public class Generic<T> {
    private T key;

    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }

    //【假】
    //虽然在方法中使用了泛型，但是这并不是一个泛型方法。
    //这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型。
    //所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型。
    public T getKey() {
        return key;
    }

    /**
     * 【假】
     * 这个方法显然是有问题的，在编译器会给我们提示这样的错误信息"cannot reslove symbol E"
     * 因为在类的声明中并未声明泛型E，所以在使用E做形参和返回值类型时，编译器会无法识别。
     */
    public E setKey(E key) {
        this.key = keu
    }

}

/**
 * 【真】
 * 首先在public与返回值之间的<T>必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型T
 * 这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置.
 * 泛型的数量也可以为任意多个
 * 如：public <T,K> K showKeyName(Generic<T> container){
 * ...
 * }
 */
public <T> T showKeyName(Generic<T> container) {
    System.out.println("container key :" + container.getKey());
    //当然这个例子举的不太合适，只是为了说明泛型方法的特性。
    T test = container.getKey();
    return test;
}

/**
 * 【假】
 * 这也不是一个泛型方法，这就是一个普通的方法，只是使用了Generic<Number>这个泛型类做形参而已。
 */
public void showKeyValue1(Generic<Number> obj) {
    Log.d("泛型测试", "key value is " + obj.getKey());
}


/**【假】
 * 这也不是一个泛型方法，这也是一个普通的方法，只不过使用了泛型通配符?
 * 同时这也印证了泛型通配符章节所描述的，?是一种类型实参，可以看做为Number等所有类的父类
 */
public void showKeyValue2(Generic<?> obj) {
    Log.d("泛型测试", "key value is " + obj.getKey());
}

/**【假】
 * 这个方法是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class 'E' "
 * 虽然我们声明了<T>,也表明了这是一个可以处理泛型的类型的泛型方法。
 * 但是只声明了泛型类型T，并未声明泛型类型E，因此编译器并不知道该如何处理E这个类型。
 */
public <T> T showKeyName(Generic<E> container){
 ...
}

/**
 * 【假】
 * 这个方法也是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class 'T' "
 * 对于编译器来说T这个类型并未项目中声明过，因此编译也不知道该如何编译这个类。
 * 所以这也不是一个正确的泛型方法声明。
 */
public void showkey(T genericObj){
}

类中的泛型方法

当然这并不是泛型方法的全部，泛型方法可以出现杂任何地方和任何场景中使用。但是有一种情况是非常特殊的，当泛型方法出现在泛型类中时，我们再通过一个例子看一下

public class GenericFruit {
    class Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "fruit";
        }
    }

    class Apple extends Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "apple";
        }
    }

    class Person{
        @Override
        public String toString() {
            return "Person";
        }
    }

    class GenerateTest<T>{
        public void show_1(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型E，这种泛型E可以为任意类型。可以类型与T相同，也可以不同。
        //由于泛型方法在声明的时候会声明泛型<E>，因此即使在泛型类中并未声明泛型，编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
        public <E> void show_3(E t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型T，注意这个T是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
        public <T> void show_2(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple();
        Person person = new Person();

        GenerateTest<Fruit> generateTest = new GenerateTest<Fruit>();
        //apple是Fruit的子类，所以这里可以
        generateTest.show_1(apple);
        //编译器会报错，因为泛型类型实参指定的是Fruit，而传入的实参类是Person
        //generateTest.show_1(person);

        //使用这两个方法都可以成功
        generateTest.show_2(apple);
        generateTest.show_2(person);

        //使用这两个方法也都可以成功
        generateTest.show_3(apple);
        generateTest.show_3(person);
    }
}

泛型方法与可变参数

public <T> void printMsg( T... args){
    for(T t : args){
        Log.d("泛型测试","t is " + t);
    }
}

printMsg("111",222,"aaaa","2323.4",55.55);

静态方法与泛型

静态方法有一种情况需要注意一下，那就是在类中的静态方法使用泛型：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。

即：如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法 。

public class StaticGenerator<T> {
    ....
    ....
    /**
     * 如果在类中定义使用泛型的静态方法，需要添加额外的泛型声明（将这个方法定义成泛型方法）
     * 即使静态方法要使用泛型类中已经声明过的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此时编译器会提示错误信息：
          "StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){

    }
}

泛型上下边界

在使用泛型的时候，我们还可以为传入的泛型类型实参进行上下边界的限制，如：类型实参只准传入某种类型的父类或某种类型的子类。

• 为泛型添加上边界，即传入的类型实参必须是指定类型的子类型

类中泛型的边界添加

public class Generic<T extends Number>{
    private T key;

    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){
        return key;
    }
}

泛型方法中边界添加

//在泛型方法中添加上下边界限制的时候，必须在权限声明与返回值之间的<T>上添加上下边界，即在泛型声明的时候添加
//public <T> T showKeyName(Generic<T extends Number> container)，编译器会报错："Unexpected bound"
public <T extends Number> T showKeyName(Generic<T> container){
    System.out.println("container key :" + container.getKey());
    T test = container.getKey();
    return test;
}

通过上面的两个例子可以看出：泛型的上下边界添加，必须与泛型的声明在一起 。

 

参考：https://blog.youkuaiyun.com/s10461/article/details/53941091