Java 集合和泛型

標籤：lis   pre   oid   因此   擴充   而不是   強制   視圖   推理   

　　一、集合（Collections）

　　Java使用集合來組織和管理對象。

　　1、Java的集合類

　　集合類主要負責儲存、盛裝和管理對象，因此集合類也被稱為容器類。

　　集合類分為Set、List、Map和Queue四大體系。

• Set 代表無序、不可重複集合；
• List 代表有序、可重複集合；
• Map 代表具有映射關係元素的集合；
• Queue 代表隊列，實現元素的先進先出管理。

　　數組也是一種集合類，它是能隨機儲存和訪問引用序列的諸多方法中最高效的一種，當追求高效的資料訪問時，數組是很不錯的選擇。

 

　　2、集合與泛型

　　所有集合類都位於java.util包中，集合中只能儲存對象的引用。集合類把它所含有的元素看成是Object的執行個體，這樣方便但是也有隱患，即多個類型不同的元素被放入一個集合中，會增加集合訪問時類型轉換的困難，甚至會產生錯誤。

　　泛型的引入改善了這種情況，使用泛型來限制集合裡元素的類型，並讓集合記住元素的類型。這樣可以允許編譯器檢查加入集合的元素類型，避免實值型別不一致的錯誤。

 

　　3、Java集合架構介紹

　　集合架構是一個用來表示和操作集合的統一架構，包含實現集合的介面和類。

　　Java的整個集合架構圍繞一組標準介面設計，開發人員可以直接使用這些介面的標準實現，也可以使用集合架構介面實現自訂的集合實作類別。

　　集合架構的設計應滿足一下三個目標：

• 高效能。保證演算法的實現效率。
• 互通性。
• 高擴充性。對集合進行擴充是簡單的，只需要實現特定介面即可。

　　

　　4、Java集合架構基於統一的方式組織和管理對象，包含3個方面：

• 介面。介面定義了集合操作的行為規約，它形成集合的高層視圖。
• 實作類別。是集合介面的具體表現。本質上說，是可重複使用的資料結構。
• 演算法。實現集合操作中常用的演算法，比如搜尋和排序。這些演算法通過多態實現，即相同的方法在相似的介面上有著不同的實現

 

　　5、集合介面

　　集合架構定義了一組介面，介面申明了對特定類型的集合可以執行的操作。

　　Java的集合類主要由兩個介面派生而出——Collection和Map，它們是Java集合架構的根介面。

 

　　6、集合類

　　標準集合類實現了Collection介面，其中一些是抽象類別，實現部分介面，其它是具體類，可以直接在代碼中使用。

　　所有實現Collection介面的類都必須提供兩個標準的建構函式：

• 無參建構函式——用於建立一個空的Collection；
• 使用Collection作為參數的建構函式——用於建立一個新的Collection，目的是複製。

 

　　二、泛型（Generics）

　　泛型允許在定義類、介面和方法時使類型（類、介面）成為參數，聲明的型別參數在使用時用具體的類型替換。

　　泛型主要應用在集合架構中。

 

　　1、為什麼使用泛型　

• 提高程式的型別安全；泛型的使用讓編譯器可以驗證類型假設。
• 有助於避免（強制）轉型，使得編譯器能夠在編譯時間發現轉型錯誤而不用等到運行時
• 可以實現通用演算法

　　

　　2、泛型類

　　泛型類的定義和聲明：

　　類名之後通過<>指定一個或者多個型別參數的名字，同時還可以對型別參數的取值範圍進行限定，多個型別參數之間使用逗號分隔。

public class Matrix<T>{    ….}

　　泛型的使用：

　　定義完型別參數後，可以在該類幾乎任意地方（靜態塊、靜態屬性、靜態方法除外）使用型別參數。注意，父類定義的型別參數不能被子類繼承。

/*執行個體化泛型類*/Matrix<Float> ft=new Matrix<Float>();

  

　　3、泛型方法

　　方法也可以泛型化，不管定義他們的類是不是泛型化。

　　為什麼要使用泛型方法而不是將類型T添加到類定義中呢?

• 當泛型方法是靜態時，不能使用類的型別參數。
• 當T上的類型約束對於方法是局部時，這意味著沒有在類的另一個方法簽名中使用相同類型的T的約束。泛型方法的型別參數是局部的，可以簡化封閉類型的簽名。

　　聲明泛型方法：

public <T> T ifThenElse(boolean b, T first, T second) {    return b? first : second;}

　　泛型類是在執行個體化類時指明泛型的具體類型，泛型方法是在調用方法時指明泛型的具體類型。

　　編譯器會允許調用下面的代碼時使用型別推斷來推斷出T的類型，並用實際參數替代T：

String s=ifThenElse(b, ”a”, ”b”);Integer i=ifThenElse(b, new Integer(1), new Integer(2));

 

　　4、類型限制

　　有時我們需要限制型別參數的範圍。

　　類型萬用字元（？），Matrix<?>表示任意的泛型型別。

/*表示add()可以接受任意泛型型別的參數。*/ public void add(Matrix<?> m);

         這種情況下，add()可以接受的參數類型太寬泛了。開發人員可能希望限制參數的具體類型，例如只希望接受Number及其子類的類型的變數，而不接受Random、Locale等類型的變數。這樣就要對萬用字元有所限制。

         如Matrix類，使用了型別參數T，我們讓Number類作為類型上界來限制這個型別參數：

/*表示Matrix中包含的參數類型是Number及其子類*/public class Matrix<T extends Numbers>{…}

         當引入了類型上界後，在使用類型時就可以使用類型上界類（Number）中定義的方法。

         同理我們可以使用Number類作為類型下界：

/*表示Matrix中包含的參數類型是Number及其父類*/public class Matrix<? super Number>{…}

 　

　　5、類型擦除（Type Erasure）

　　泛型是在編譯器這個層次實現的，在產生的位元組代碼中是不包含泛型的類型資訊的。

　　使用泛型時加上的型別參數，會被編譯器在編譯時間去掉，這個過程稱為類型擦除。也就是說，由泛型附加的類型資訊對JVM來說都是不可見的。

　　編譯器在編譯時間儘可能地發現可能出錯的地方，但是仍然無法避免在運行時刻出現類型轉換異常的情況。

 

　　類型擦除的過程：

　　首先，找到用來替換型別參數的具體類。如果指定了型別參數的上界的話，則使用上界。

　　然後，把代碼中的型別參數都替換成具體類型，同時去掉出現的型別宣告，即<>的內容；

 　　理解了類型擦除，就會明白編譯器承擔了全部的類型檢查工作。編譯器禁止某些泛型的使用方式，是為了確保類型的安全性。

 

　　很多泛型的特性都與類型擦除有關，如

• 靜態變數是被泛型類的所有執行個體共用的，即泛型不能用於靜態變數
• 泛型的型別參數不能用在異常處理的catch語句中，因為異常處理是由JVM在運行時刻進行的。由於類型擦除，JVM已經無法區分源於同一泛型型別的兩個不同類型的異常。

 

　　6、開發泛型類　　

　　因為類型擦除機制，型別參數並不能用來（在類中）建立對象（比如T t=new T();）或是靜態變數的類型。

/*泛型類*/public class Lhist<V>{}/*建立泛型類執行個體*/Lhist<Integer>li=new Lhist<Integer>(30);

 

　　7、泛型的最佳實務

　　使用泛型常見的實踐原則：

• 在代碼中避免泛型類和原始類型混用，如List<String>和List不應共同使用。
• 使用帶萬用字元(？)的泛型類時，需要明確萬用字元所代表的一群組類型的概念。
• 不能執行個體化泛型型別變數，然後利用反射的newInstance來建立執行個體；同樣，不能建立一個泛型的數組。
• 盡量不要忽視編譯器給出的警告。

 

Java 集合和泛型