Java泛型總結

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一. 泛型概念的提出（為什麼需要泛型）？

首先，我們看下下面這段簡短的代碼:

public class GenericTest {/** * @param args */public static void main(String[] args) {      List list = new ArrayList();      list.add("qqyumidi");      list.add("corn");      list.add(100);       for (int i = 0; i < list.size(); i++) {         String name = (String)list.get(i); // 1         System.out.println("name:" + name);     }}}

定義了一個List類型的集合，先向其中加入了兩個字串類型的值，隨後加入一個Integer類型的值。這是完全允許的，因為此時list預設的類型為Object類型。在之後的迴圈中，由於忘記了之前在list中也加入了Integer類型的值或其他編碼原因，很容易出現類似於//1中的錯誤。因為編譯階段正常，而運行時會出現“java.lang.ClassCastException”異常。因此，導致此類錯誤編碼過程中不易發現。

 在如上的編碼過程中，我們發現主要存在兩個問題：

1.當我們將一個對象放入集合中，集合不會記住此對象的類型，當再次從集合中取出此對象時，改對象的編譯類型變成了Object類型，但其運行時類型任然為其本身類型。

2.因此，//1處取出集合元素時需要人為的強制類型轉化到具體的目標類型，且很容易出現“java.lang.ClassCastException”異常。

那麼有沒有什麼辦法可以使集合能夠記住集合內元素各類型，且能夠達到只要編譯時間不出現問題，運行時就不會出現“java.lang.ClassCastException”異常呢？答案就是使用泛型。


二.什麼是泛型？

泛型，即“參數化型別”。一提到參數，最熟悉的就是定義方法時有形參，然後調用此方法時傳遞實參。那麼參數化型別怎麼理解呢？顧名思義，就是將類型由原來的具體的型別參數化，類似於方法中的變數參數，此時類型也定義成參數形式（可以稱之為類型形參），然後在使用/調用時傳入具體的類型（類型實參）。

 看著好像有點複雜，首先我們看下上面那個例子採用泛型的寫法。

public class GenericTest {/** * @param args */public static void main(String[] args) {  List<String> list = new ArrayList<String>();      list.add("qqyumidi");      list.add("corn");      //list.add(100); // 1  提示編譯錯誤      for (int i = 0; i < list.size(); i++) {         String name = list.get(i); // 1         System.out.println("name:" + name);     }}}

採用泛型寫法後，在//1處想加入一個Integer類型的對象時會出現編譯錯誤，通過List<String>，直接限定了list集合中只能含有String類型的元素，從而在//2處無須進行強制類型轉換，因為此時，集合能夠記住元素的類型資訊，編譯器已經能夠確認它是String類型了。

結合上面的泛型定義，我們知道在List<String>中，String是類型實參，也就是說，相應的List介面中肯定含有類型形參。且get()方法的返回結果也直接是此形參類型（也就是對應的傳入的類型實參）。下面就來看看List介面的的具體定義：

public interface List<E> extends Collection<E> {        int size();        boolean isEmpty();        boolean contains(Object o);        Iterator<E> iterator();      Object[] toArray();      <T> T[] toArray(T[] a);      boolean add(E e);      boolean remove(Object o);      boolean containsAll(Collection<?> c);      boolean addAll(Collection<? extends E> c);      boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);      boolean removeAll(Collection<?> c);      boolean retainAll(Collection<?> c);      void clear();      boolean equals(Object o);      int hashCode();      E get(int index);      E set(int index, E element);      void add(int index, E element);      E remove(int index);      int indexOf(Object o);      int lastIndexOf(Object o);      ListIterator<E> listIterator();      ListIterator<E> listIterator(int index);      List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); }

我們可以看到，在List介面中採用泛型化定義之後，<E>中的E表示類型形參，可以接收具體的類型實參，並且此介面定義中，凡是出現E的地方均表示相同的接受自外部的類型實參。
自然的，ArrayList作為List介面的實作類別，其定義形式是：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>           implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {            public boolean add(E e) {          ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!          elementData[size++] = e;          return true;      }           public E get(int index) {         rangeCheck(index);         checkForComodification();         return ArrayList.this.elementData(offset + index);     }          //...省略掉其他具體的定義過程  }

由此，我們從原始碼角度明白了為什麼//1處加入Integer類型對象編譯錯誤，且//2處get()到的類型直接就是String類型了。


三.自訂泛型介面、泛型類和泛型方法


從上面的內容中，大家已經明白了泛型的具體運作過程。也知道了介面、類和方法也都可以使用泛型去定義，以及相應的使用。是的，在具體使用時，可以分為泛型介面、泛型類和泛型方法。

自訂泛型介面、泛型類和泛型方法與上述Java源碼中的List、ArrayList類似。如下，我們看一個最簡單的泛型類和方法定義：

  public class GenericTest {public static void main(String[] args) {Box<String> car = new Box<String>("wpy");System.out.println("name:" + car.getData());}  }public class Box<T> {private T data;     public Box() {    }    public Box(T data) {        this.data = data;    }    public T getData() {        return data;    }    public void setData(T data) {this.data = data;}}

在泛型介面、泛型類和泛型方法的定義過程中，我們常見的如T、E、K、V等形式的參數常用於表示泛型形參，由於接收來自外部使用時候傳入的類型實參。那麼對於不同傳入的類型實參，產生的相應對象執行個體的類型是不是一樣的呢？

public class GenericTest2 {public static void main(String[] args) {Box<String> name = new Box<String>("corn");Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.BoxSystem.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.BoxSystem.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // trueSystem.out.println(name.getData());System.out.println(age.getData());}}

由此，我們發現，在使用泛型類時，雖然傳入了不同的泛型實參，但並沒有真正意義上產生不同的類型，傳入不同泛型實參的泛型類在記憶體上只有一個，即還是原來的最基本的類型（本執行個體中為Box），當然，在邏輯上我們可以理解成多個不同的泛型型別。

究其原因，在於Java中的泛型這一概念提出的目的，導致其只是作用於代碼編譯階段，在編譯過程中，對於正確檢驗泛型結果後，會將泛型的相關資訊擦出，也就是說，成功編譯過後的class檔案中是不包含任何泛型資訊的。泛型資訊不會進入到運行時階段。

對此總結成一句話：泛型型別在邏輯上看以看成是多個不同的類型，實際上都是相同的基本類型。

四.類型萬用字元

接著上面的結論，我們知道，Box<Number>和Box<Integer>實際上都是Box類型，現在需要繼續探討一個問題，那麼在邏輯上，類似於Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子關係的泛型型別呢？

為了弄清這個問題，我們繼續看下下面這個例子:

public class GenericTest3 {public static void main(String[] args) { Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);//Box<Number> b = a;  // 1 Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f); //b.setData(f);        // 2}public static void getData(Box<Number> data) {System.out.println("data :" + data.getData());}}

我們發現，在代碼//1處出現了錯誤提示資訊：The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。顯然，通過提示資訊，我們知道Box<Number>在邏輯上不能視為Box<Integer>的父類。那麼，原因何在呢？

public class GenericTest4 {public static void main(String[] args) {Box<String> name = new Box<String>("corn");Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);Box<Number> number = new Box<Number>(314);getData(name);getData(age);getData(number);}public static void getData(Box<?> data) {System.out.println("data :" + data.getData());}}

這個例子中，顯然//1和//2處肯定會出現錯誤提示的。在此我們可以使用反證法來進行說明。

假設Box<Number>在邏輯上可以視為Box<Integer>的父類，那麼//1和//2處將不會有錯誤提示了，那麼問題就出來了，通過getData()方法取出資料時到底是什麼類型呢？Integer? Float? 還是Number？且由於在編程過程中的順序不可控性，導致在必要的時候必須要進行類型判斷，且進行強制類型轉換。顯然，這與泛型的理念矛盾，因此，在邏輯上Box<Number>不能視為Box<Integer>的父類。

好，那我們回過頭來繼續看“類型萬用字元”中的第一個例子，我們知道其具體的錯誤提示的深層次原因了。那麼如何解決呢？總部能再定義一個新的函數吧。這和Java中的多態理念顯然是違背的，因此，我們需要一個在邏輯上可以用來表示同時是Box<Integer>和Box<Number>的父類的一個參考型別，由此，類型萬用字元應運而生。

類型萬用字元一般是使用 ? 代替具體的類型實參。注意了，此處是類型實參，而不是類型形參！且Box<?>在邏輯上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具體類型實參>的父類。由此，我們依然可以定義泛型方法，來完成此類需求。

public class GenericTest5 {/** * 在於Java中的泛型這一概念提出的目的，導致其只是作用於代碼編譯階段，在編譯過程中， * 對於正確檢驗泛型結果後，會將泛型的相關資訊擦出，也就是說，成功編譯過後的class檔案中是不包含任何泛型資訊的。 泛型資訊不會進入到運行時階段。 * 對此總結成一句話：泛型型別在邏輯上看以看成是多個不同的類型， 實際上都是相同 的基本類型。 *  * @param args */public static void main(String[] args) {Box<String> name = new Box<String>("corn");Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);Box<Number> number = new Box<Number>(314);//getUpperNumberData(name);getUpperNumberData(age);getUpperNumberData(number);}public static void getData(Box<?> data) {System.out.println("data :" + data.getData());}}

有時候，我們還可能聽到類型萬用字元上限和類型萬用字元下限。具體有是怎麼樣的呢？

在上面的例子中，如果需要定義一個功能類似於getData()的方法，但對類型實參又有進一步的限制：只能是Number類及其子類。此時，需要用到類型萬用字元上限。

public class GenericTest6 {public static void main(String[] args) {Box<String> name = new Box<String>("corn");Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);Box<Number> number = new Box<Number>(314);//getUpperNumberData(name);getUpperNumberData(age);getUpperNumberData(number);}public static void getData(Box<?> data) {System.out.println("data :" + data.getData());}public static void  getUpperNumberData(Box<? extends Number> data) {System.out.println("data :" + data.getData());}}

此時，顯然，在代碼//1處調用將出現錯誤提示，而//2 //3處調用正常。

類型萬用字元上限通過形如Box<? extends Number>形式定義，相對應的，類型萬用字元下限為Box<? super Number>形式，其含義與類型萬用字元上限正好相反，在此不作過多闡述了。

五.話外篇
本文中的例子主要是為了闡述泛型中的一些思想而簡單舉出的，並不一定有著實際的可用性。另外，一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其實，在實際的編程過程中，自己可以使用泛型去簡化開發，且能很好的保證代碼品質。並且還要注意的一點是，Java中沒有所謂的泛型數組一說。

對於泛型，最主要的還是需要理解其背後的思想和目的。

目錄代碼帶解析：

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