一、引出泛型
1、什么是泛型:
一般的类和方法,只能使用具体的类型: 要么是基本类型,要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码,这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍。
泛型是在JDK1.5引入的新的语法,通俗讲,泛型:就是适用于许多许多类型。从代码上讲,就是对类型实现了参数化。
2、代码测试
实现一个类,类中包含一个数组成员,使得数组中可以存放任何类型的数据,也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值?
思路:
- 我们以前学过的数组,只能存放指定类型的元素,例如:int[] array = new int[10]; String[] strs = new String[10];
- 所有类的父类,默认为Object类。数组是否可以创建为Object?
class MyArray {
public Object[] objects = new Object[10];
public void set(int pos, Object val) {
objects[pos] = val;
}
public Object get(int pos) {
return objects[pos];
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
MyArray myArray = new MyArray();
myArray.set(0, "bit");
myArray.set(1, 10);;
// String str = myArray.get(0); // 编译报错
String str = (String) myArray.get(0);
}
public static void main1(String[] args) {
PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();
// 每放一个元素 都得保证当前的堆 是大堆 或者是小堆
priorityQueue.offer(1);
priorityQueue.offer(2);
priorityQueue.offer(3);
System.out.println(priorityQueue.poll()); // 1 ->默认是小堆
System.out.println(priorityQueue.peek()); // 2
}
}
问题:以上代码实现后 发现
- 任何类型数据都可以存放
- 1号下标本身就是字符串,但是确编译报错。必须进行强制类型转换
虽然在这种情况下,当前数组任何数据都可以存放,但是,更多情况下,我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。所以,泛型的主要目的:就是指定当前的容器,要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时,就需要把类型,作为参数传递。需要什么类型,就传入什么类型。
二、泛型类的使用
1、语法
class 泛型类名称<类型形参列表> {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
}
class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
// 可以只使用部分类型参数
}
-
了解: 【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示,常用的名称有:
E 表示 Element
K 表示 Key
V 表示 Value
N 表示 Number
T 表示 Type
S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型 -
T[] array = (T[])new Object[10];是否就足够好,答案是未必的。这块问题一会儿介绍
2、改写上述代码
/**
* @param <T> 此时代表当前类是一个泛型类,T:当做是一个占位符
*/
class MyArray<T> {
//public T[] objects = new T[10]; // ERROR 1、不能实例化泛型类型的数组
public T[] objects = (T[])new Object[10]; //也不可以
public void set(int pos, T val) {
objects[pos] = val;
}
public T get(int pos) {
return objects[pos];
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
MyArray<String> myArray = new MyArray<>();
myArray.set(0, "bit");
// myArray.set(1, 10); // err 1. 编译的时候,自动进行类型的检查
String str = myArray.get(0); // 2. 不需要进行类型的强制转换。自动帮我们进行类型的转换
MyArray<Integer> myArray2 = new MyArray<Integer>();
// MyArray<int> myArray3 = new MyArray<int>(); // 3. 简单类型 基本类型 不能作为泛型类型的参数
}
- 泛型是将数据类型参数化,进行传递
- 使用 表示当前类是一个泛型类。
- 泛型只能接受类,所有的基本数据类型必须使用包装类
- 根据类型参数化,编译时自动进行类型检查和转换
三、 泛型如何编译的)
3.1、擦除机制
通过命令:javap -c 查看字节码文件,所有的T都是Object
- 在编译的过程当中,将所有的T替换为Object这种机制,我们称为:擦除机制。
Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。
有关泛型擦除机制的文章截介绍:链接
3.2、为什么不能实例化泛型类型数组
class MyArray<T> {
public T[] array = (T[])new Object[10];
public T getPos(int pos) {
return this.array[pos];
}
public void setVal(int pos,T val) {
this.array[pos] = val;
}
public T[] getArray() {
return array;
}
}
public static void main(String[] args) {
MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
Integer[] strings = myArray1.getArray(); // 编译器认为此时并不是很安全
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
at TestDemo.main(TestDemo.java:31)
*/
原因:替换后的方法为:将Object[]分配给Integer[]引用,程序报错
public Object[] getArray() {
return array;
}
数组和泛型之间的一个重要区别是它们如何强制执行类型检查。具体来说,数组在运行时存储和检查类型信息。然而,泛型在编译时检查类型错误。
通俗讲就是:返回的Object数组里面,可能存放的是任何的数据类型,可能是String,可能是Person,运行的时候,直接转给Intefer类型的数组,编译器认为是不安全的。
正确的方式:【了解即可】通过反射创建,指定类型的数组
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(1);
arrayList.add(2);
// Integer[] ret = arrayList.toArray(); // err
Object[] ret2 = arrayList.toArray();
四、泛型的上界
在定义泛型类时,有时需要对传入的类型变量做一定的约束,可以通过类型边界来约束
1、Number
// E 可以是Number 或是Number的子类
public class MyArray<E extends Number> {
...
}
2、Comparable
// 写一个泛型类,求出数组当中的最大值
class Alg<T extends Comparable<T>> {
// 传入的E必须是实现了这个接口的 特殊的上界
public T findMax(T[] array) {
T max = array[0];
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
// 这里为什么会报错????
// 引用类型要用compareTo
// if(max < array[i]) {
if(max.compareTo(array[i]) < 0) {
max = array[i];
}
}
return max;
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Alg<Integer> alg1 = new Alg<Integer>();
Integer[] array = {
1,12,3,4}; // 12
System.out.println(alg1.findMax(array));
Alg<String> alg2 = new Alg<>();
String[] array2 = {
"abc","hello","cdef"}; // hello
System.out.println(alg2.findMax(array2));
}
}
五、泛型方法
方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) { … }
class Alg<T extends Comparable<T>> {
public <T extends Comparable<T>> T findMax(T[] array) {
// 指定返回值类型
T max = array[0];
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
if(max.compareTo(array[i]) < 0) {
max = array[i];
}
}
return max;
}
}
public class Util {
//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
E t = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = t;
}
}
class Alg2 {
// 静态方法不依赖对象
public static<T extends Comparable<T>> T findMax(T[] array) {
T max = array[0];
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
if(max.compareTo(array[i]) < 0) {
max = array[i];
}
}
return max;
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Integer[] array = {
1,12,3,4};
System.out.println(Alg2.findMax(array)); // 可以通过array判断出类型
System.out.println(Alg2.<Integer>findMax(array)); // 12
}
}
六、泛型中的父子类关系
理论上说,Object 是所有类的父类
public class MyArrayList<E> {
... }
// MyArrayList<Object> 不是 MyArrayList<Number> 的父类型
// MyArrayList<Number> 也不是 MyArrayList<Integer> 的父类型
他们都被擦除了
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Alg<Integer> alg1 = new Alg<Integer>();
System.out.println(alg1); // Alg@1b6d3586
Alg<Integer> alg2 = new Alg<Integer>(); // Alg@4554617c
System.out.println(alg2);
}
}
七、通配符
?
用于在泛型的使用,即为通配符
7.1 通配符解决什么问题
通配符是用来解决泛型无法协变的问题的,协变指的就是如果 Student
是Person
的子类,那么 List<Student>
也应该是List<Person>
的子类。但是泛型是不支持这样的父子类关系的
1、泛型 T 是确定的类型,一旦你传了我就定下来了,而通配符则更为灵活或者说是不确定,更多的是用于扩
充参数的范围.
2、或者我们可以这样理解:泛型T就像是个变量,等着你将来传一个具体的类型,而通配符则是一种规定,
规定你能传哪些参数。
class Alg3 {
// 代码1的参数是T,此时的T一定是将来指定的一个泛型参数
public static <T> void print1(ArrayList<T> list) {
for (T x: list) {
System.out.println(x);
}
}
// 代码2中使用了统配符,和代码1相比,此时传入printList2的,具体是什么数据类型,我们是不清楚的。这就是通配符
public static void print2(ArrayList<?> list) {
for (Object x:list) {
System.out.println(x);
}
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();
list1.add(1);
list1.add(2);
Alg3.print2(list1); // 1 2
Alg3.print2(list1); // 1 2
}
}
7.2、通配符上界
语法:
<? extends 上界>
<? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类
- 示例 1
// 可以传入类型实参是 Number 子类的任意类型的 MyArrayList
public static void printAll(MyArrayList<? extends Number> list) {
...
}
// 以下调用都是正确的
printAll(new MyArrayList<Integer>());
printAll(new MyArrayList<Double>());
printAll(new MyArrayList<Number>());
// 以下调用是编译错误的
printAll(new MyArrayList<String>());
printAll(new MyArrayList<Object>());
- 示例2: 假设有如下关系
Animal
Cat extends Animal
Dog extends Animal
根据以上的关系,写一个方法,打印一个存储了Animal或者Animal子类的list
代码1:
public static void print(List<Animal> list) {
}
这样不可以解决问题,因为print
的参数类型是List<Animal> list
,就不能接收 List<Cat> list
代码2:
public static <T extends Animal> void print2(List<T> list) {
for (T animal : list) {
System.out.println(animal);
}
}
此时T类型是Animal的子类或者自己。该方法可以实现
- 代码3: 通配符实现
该方法也可以达到效果
public static void print3(List<? extends Animal> list) {
for (Animal ani : list) {
System.out.println(ani);//调用谁的toString 方法?
// 如果调用 cat 就是cat 的toString()
}
- 区别是什么?
1、对于泛型实现的print2方法, <T extends Animal> 对T进行了限制,只能是Animal的子类
比如:传入Cat,那么类型就是Cat
2、对于通配符实现的print3方法,首先不用再static后使用尖括号,其次相当于对Animal进行了规定,允许
你传入Animal 的子类。具体哪个子类,此时并不清楚
比如:传入了Cat,实际上声明的类型是Animal,使用多态才能调用Cat的toString方法
7.3、通配符的上界-父子类关系
// 需要使用通配符来确定父子类型
MyArrayList<? extends Number> 是 MyArrayList <Integer>或者 MyArrayList<Double>的父类类型
MyArrayList<?> 是 MyArrayList<? extends Number> 的父类型
7.4、通配符的上界-特点
是否可以对这个List进行写入?不能
- 通配符的上界 适合读取数据 不适合写入数据
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> arrayList1 = new ArrayList<>();
ArrayList<Double> arrayList2 = new ArrayList<>();
List<? extends Number> list = arrayList1;
// list.add(1,1); // 报错,此时list可以引用的子类对象有很多,
// 再添加的时候,任何子类型都可以,编译器无法确定具体的类型,为了安全,只允许读取
Number a = list.get(0); // 可以通过
// Integer i = list.get(0); // 编译错误,只能确定是Number子类
}
}
因为,list可以引用arrayList1,或者arrayList2。所以:
- 如果对list中添加数据的时候,报错!愿意很简单,list中存储的可能是Number也可能是Number的子类。此时添加任何类型的数据都不可以,无法确定到底是哪种类型。
- Number a = list.get(0);可以通过,此时获取的元素肯定是Number的 子类
- 但是不能这么写:Integer i = list.get(0);你怎么知道,获取的就是Integer呢?
7.5、通配符下界
语法:
<? super 下界>
<? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型
示例
// 可以传入类型实参是 Integer 父类的任意类型的 MyArrayList
public static void printAll(MyArrayList<? super Integer> list) {
...
}
// 以下调用都是正确的
printAll(new MyArrayList<Integer>());
printAll(new MyArrayList<Number>());
printAll(new MyArrayList<Object>());
// 以下调用是编译错误的
printAll(new MyArrayList<String>());
printAll(new MyArrayList<Double>());
7.6、通配符下界-父子类关系
MyArrayList<? super Integer> 是 MyArrayList<Integer>的父类类型
MyArrayList<?> 是 MyArrayList<? super Integer>的父类类型
7.7、通配符下界-特点
不能读取!
因为添加元素的时候,我们知道list引用的对象肯定是Person或者Person的父类的集合,我们能够确定此时存储的元素的最小粒度比Person小的都可以。但是,你读取的时候,你知道是读取到的是哪个子类吗?
class Person {
}
class Student extends Person {
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<? super Person> arrayList1 = new ArrayList<Person>();
//ArrayList<? super Person> arrayList2 = new ArrayList<Student>(); // err
arrayList1.add(new Person());
arrayList1.add(new Student());//添加的元素 是person或者person的子类
//Person person = arrayList2.get(0); // why????
//Student student = arrayList1.get(0); // why????
Object o = arrayList1.get(0); // 只能拿object获取
}