java泛型（一）、泛型的基本介绍和使用

http://blog.csdn.net/lonelyroamer/article/details/7864531

   现在开始深入学习java的泛型了，以前一直只是在集合中简单的使用泛型，根本就不明白泛型的原理和作用。泛型在java中，是一个十分重要的特性，所以要好好的研究下。

一、泛型的基本概念

泛型的定义：泛型是JDK 1.5的一项新特性，它的本质是参数化类型（Parameterized Type）的应用，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数，在用到的时候在指定具体的类型。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。

  泛型思想早在C++语言的模板（Templates）中就开始生根发芽，在Java语言处于还没有出现泛型的版本时，只能通过Object是所有类型的父类和类型强制转换两个特点的配合来实现类型泛化。例如在哈希表的存取中，JDK 1.5之前使用HashMap的get()方法，返回值就是一个Object对象，由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，那Object转型为任何对象成都是有可能的。但是也因为有无限的可能性，就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间，编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功，如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性，许多ClassCastException的风险就会被转嫁到程序运行期之中。

  泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同，但实现上却有着根本性的分歧，C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符）或是运行期的CLR中都是切实存在的，List<int>与List<String>就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型被称为真实泛型。

  Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经被替换为原来的原始类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此对于运行期的Java语言来说，ArrayList<int>与ArrayList<String>就是同一个类。所以说泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法实现的泛型被称为伪泛型。（类型擦除在后面在学习）

  使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱的使用Object变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。泛型对于集合类来说尤其有用。

  泛型程序设计（Generic Programming）意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用。

实例分析：

  在JDK1.5之前，Java泛型程序设计是用继承来实现的。因为Object类是所用类的基类，所以只需要维持一个Object类型的引用即可。就比如ArrayList只维护一个Object引用的数组：

[java] view plaincopy

1. public class ArrayList//JDK1.5之前的
2. {  
3. public Object get(int i){......}  
4. public void add(Object o){......}  
5.     ......  
6. private Object[] elementData;  
7. }  

这样会有两个问题：

1、没有错误检查，可以向数组列表中添加类的对象

2、在取元素的时候，需要进行强制类型转换

这样，很容易发生错误，比如：

[java] view plaincopy

1. /**jdk1.5之前的写法，容易出问题*/
2. ArrayList arrayList1=new ArrayList();  
3. arrayList1.add(1);  
4. arrayList1.add(1L);  
5. arrayList1.add("asa");  
6. int i=(Integer) arrayList1.get(1);//因为不知道取出来的值的类型，类型转换的时候容易出错

这里的第一个元素是一个长整型，而你以为是整形，所以在强转的时候发生了错误。

所以。在JDK1.5之后，加入了泛型来解决类似的问题。例如在ArrayList中使用泛型：

[java] view plaincopy

1. /** jdk1.5之后加入泛型*/
2.         ArrayList<String> arrayList2=new ArrayList<String>();  //限定数组列表中的类型
3. //      arrayList2.add(1); //因为限定了类型，所以不能添加整形
4. //      arrayList2.add(1L);//因为限定了类型，所以不能添加整长形
5.         arrayList2.add("asa");//只能添加字符串
6.         String str=arrayList2.get(0);//因为知道取出来的值的类型，所以不需要进行强制类型转换

还要明白的是，泛型特性是向前兼容的。尽管 JDK 5.0 的标准类库中的许多类，比如集合框架，都已经泛型化了，但是使用集合类（比如 HashMap 和 ArrayList）的现有代码可以继续不加修改地在 JDK 1.5 中工作。当然，没有利用泛型的现有代码将不会赢得泛型的类型安全的好处。

在学习泛型之前，简单介绍下泛型的一些基本术语，以ArrayList<E>和ArrayList<Integer>做简要介绍：

整个成为ArrayList<E>泛型类型

ArrayList<E>中的 E称为类型变量或者类型参数

整个ArrayList<Integer> 称为参数化的类型

ArrayList<Integer>中的integer称为类型参数的实例或者实际类型参数

·ArrayList<Integer>中的<Integer>念为typeof   Integer

ArrayList称为原始类型

二、泛型的使用

泛型的参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。下面看看具体是如何定义的。

1、泛型类的定义和使用

一个泛型类（generic class）就是具有一个或多个类型变量的类。定义一个泛型类十分简单，只需要在类名后面加上<>，再在里面加上类型参数：

[java] view plaincopy

1. class Pair<T> {  
2. private T value;  
3. public Pair(T value) {  
4. this.value=value;  
5.         }  
6. public T getValue() {  
7. return value;  
8.     }  
9. public void setValue(T value) {  
10. this.value = value;  
11.     }  
12. }  

现在我们就可以使用这个泛型类了：

[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {  
2.         Pair<String> pair=new Pair<String>("Hello");  
3.         String str=pair.getValue();  
4.         System.out.println(str);  
5.         pair.setValue("World");  
6.         str=pair.getValue();  
7.         System.out.println(str);  
8.     }  

Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号<>括起来，并放在类名的后面。泛型类可以有多个类型变量。例如，可以定义Pair类，其中第一个域和第二个域使用不同的类型：

public class Pair<T,U>{......}

注意：类型变量使用大写形式，且比较短，这是很常见的。在Java库中，使用变量E表示集合的元素类型，K和V分别表示关键字与值的类型。（需要时还可以用临近的字母U和S）表示“任意类型”。

2、泛型接口的定义和使用

定义泛型接口和泛型类差不多，看下面简单的例子：

[java] view plaincopy

1. interface Show<T,U>{  
2. void show(T t,U u);  
3. }  
5. class ShowTest implements Show<String,Date>{  
6. @Override
7. public void show(String str,Date date) {  
8.         System.out.println(str);  
9.         System.out.println(date);  
10.     }  
11. }  

测试一下：

[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {  
2.         ShowTest showTest=new ShowTest();  
3.         showTest.show("Hello",new Date());  
4.     }  

3、泛型方法的定义和使用

泛型类在多个方法签名间实施类型约束。在 List<V> 中，类型参数 V 出现在 get()、add()、contains() 等方法的签名中。当创建一个 Map<K, V> 类型的变量时，您就在方法之间宣称一个类型约束。您传递给 add() 的值将与 get() 返回的值的类型相同。

类似地，之所以声明泛型方法，一般是因为您想要在该方法的多个参数之间宣称一个类型约束。

举个简单的例子：

[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {  
2.         String str=get("Hello", "World");  
3.         System.out.println(str);  
4.     }  
6. public static <T, U> T get(T t, U u) {  
7. if (u != null)  
8. return t;  
9. else
10. return null;  
11.     }  

三、泛型变量的类型限定

在上面，我们简单的学习了泛型类、泛型接口和泛型方法。我们都是直接使用<T>这样的形式来完成泛型类型的声明。

有的时候，类、接口或方法需要对类型变量加以约束。看下面的例子：

有这样一个简单的泛型方法：

[java] view plaincopy

1. public static <T> T get(T t1,T t2) {  
2. if(t1.compareTo(t2)>=0);//编译错误
3. return t1;  
4.     }  

因为，在编译之前，也就是我们还在定义这个泛型方法的时候，我们并不知道这个泛型类型T，到底是什么类型，所以，只能默认T为原始类型Object。所以它只能调用来自于Object的那几个方法，而不能调用compareTo方法。

可我的本意就是要比较t1和t2，怎么办呢？这个时候，就要使用类型限定，对类型变量T设置限定（bound）来做到这一点。

我们知道，所有实现Comparable接口的方法，都会有compareTo方法。所以，可以对<T>做如下限定：

[java] view plaincopy

1. public static <T extends Comparable> T get(T t1,T t2) { //添加类型限定
2. if(t1.compareTo(t2)>=0);  
3. return t1;  
4.     }  

类型限定在泛型类、泛型接口和泛型方法中都可以使用，不过要注意下面几点：

1、不管该限定是类还是接口，统一都使用关键字 extends

2、可以使用&符号给出多个限定，比如

[java] view plaincopy

1. public static <T extends Comparable&Serializable> T get(T t1,T t2)  

3、如果限定既有接口也有类，那么类必须只有一个，并且放在首位置

[java] view plaincopy

1. public static <T extends Object&Comparable&Serializable> T get(T t1,T t2)  

[运行时获取模板类类型] Java 反射机制 + 类型擦除机制

http://blog.csdn.net/tbwood/article/details/40739947

给定一个带模板参数的类

class A<T> 

{

}

如何在运行时获取 T的类型?

在C#中，这个很简单，CLR的反射机制是解释器支持的，大概代码为：

[csharp] view plaincopy

1. namespace TestReflect  
2. {  
3. class Program<T>  
4.     {  
6. public Type getTClass()  
7.         {  
8.             Type type= this.GetType();  
10.             Type[] tts = type.GetGenericArguments();  
11. return tts[0];  
12.         }  
13.     }  
14. }  

可是在Java中，答案是否定的，java中没有直接方法来获取T.Class. （至少JDK 1.7以前不可能）

其根本原因在于： java语言是支持反射的，但是JVM不支持，因为JVM具有“Type erasure”的特性，也就是“类型擦除”。

但是Java无绝人之路，我们依旧可以通过其他方法来达到我们的需求。

方法1. 通过构造函数传入实际类别. 【有人说这个方法不帅气，但是不可否认，这种方法没有用到反射，但是最为高效，反射本身就不是高效的。】

[java] view plaincopy

1. public class A<T>  
2. {  
3. private final Class<T> clazz;  
5. public A<T>(Class<T> clazz)  
6.     {  
7. this.clazz = clazz;  
8.     }  
10. // Use clazz in here
11. }  

方法2. 通过继承这个类的时候传入模板T对应的实际类：（定义成抽象类也可以）

[java] view plaincopy

1. class A<T>{  
3. public Class getTClass(int index) {  
5.       Type genType = getClass().getGenericSuperclass();  
7. if (!(genType instanceof ParameterizedType))   
8.           {  
9. return Object.class;  
10.           }  
12.  <span style="white-space:pre">  </span>  Type[] params = ((ParameterizedType) genType).getActualTypeArguments();  
14. <span style="white-space:pre">    </span>  if (index >= params.length || index < 0) {  
15.     <span style="white-space:pre">  </span>  <span style="white-space:pre"> </span>throw new RuntimeException("Index out of bounds");  
16.  <span style="white-space:pre">  </span>  }  
18.  <span style="white-space:pre">  </span>  if (!(params[index] instanceof Class)) {  
19.    <span style="white-space:pre">       </span> return Object.class;  
20.   <span style="white-space:pre"> </span>  }  
21.    <span style="white-space:pre">   </span> return (Class) params[index];  
22.     }  
23. }  

继承类：

[java] view plaincopy

1. public class B extends A<String> {  
3. public static void main(String[] args) {  
4.           B bb =new B();  
5.               bb.getTClass();//即答案
6.      }  
7. }  

我相信很多人用过这样类似的代码，但是并不是每个人都真正了解了，为什么可以这样做。

光是看代码：

我们可以

[java] view plaincopy

1. getGenericSuperclass();  

却没有：

[java] view plaincopy

1. getGenericclass();  

为什么呢？

stackoverflow上有个老外说：java 里如果 一个类继承了另外一个带模板参数的类，那么这个模板参数不会被“类型擦除”。而单一的一个类，其泛型参数会被擦除。

首先说明这种假设是错误的。我相信JCP一定会不会莫名其妙的有这种无厘头规定。如果这种说法成立，就等于：

[java] view plaincopy

1. public class C<T> {  
3. }  
4. public class C1<T> extends C<T>{  
6. public C1()  
7.     {  
8.     }  
10. public Class getTClass(int index) {  
12.           Type genType = getClass().getGenericSuperclass();  
14. if (!(genType instanceof ParameterizedType))   
15.           {  
16. return Object.class;  
17.           }  
19.           Type[] params = ((ParameterizedType) genType).getActualTypeArguments();  
21. if (index >= params.length || index < 0) {  
22. throw new RuntimeException("Index outof bounds");  
23.           }  
25. if (!(params[index] instanceof Class)) {  
26. return Object.class;  
27.           }  
28. return (Class) params[index];  
29.      }  
31. }  

直接调用C1来创建实体后：

[java] view plaincopy

1. public static void main(String[]args)  
2.     {  
3.         C1<D> a= new C1<D>();  
4.         System.out.println(a.getTClass(0));  
5.     }  

能输出：D

但是实际情况是，没有输出D，输出的是 Object.

说明这跟是不是父类子类没关系。

那么究竟是什么原因，导致了，一个泛型类（含有模板参数的类），没有像C#中 GetGenericArguments()类似的getGenericClass()函数呢？？

再来温习下java 中 “类型擦除” 的范畴。

我用自己的语言定义一下（未必精确，但求理同）：

Java中所有除了【类声明区域】（区域划分如下）之外的代码中，所有的泛型参数都会在编译时被擦除。

[java] view plaincopy

1. public class/interface [类声明区域] {  
3.     [类定义区域]  
5. }  

如下的2个类：

[java] view plaincopy

1. public class E<T>{  
3. public static void main(String []args)  
4.     {  
5.         List<String> a = new ArrayList<String>();  
6.         System.out.println("Done");  
7.     }  
8. }  
9. class SubE extends E<String>{  
11. }  

在编译后的class文件代码为：（By Java De-compiler）

[java] view plaincopy

1. public class E<T>  
2. {  
3. public static void main(String[] args)  
4.   {  
5.     List a = new ArrayList(); //区别在这一行
6.     System.out.println("Done");  
7.   }  
8. }  

[java] view plaincopy

1. class SubE extends E<String>  
2. {  
3. }  

可以看到，【类声明区域】和java文件中的一模一样。而【类定义区域】中所有的泛型参数都被去掉了。

那么为啥这样呢？一个类，在编程中宿命的只有两大类：要么被继承，要么自己创建实例。直接用于创建实例时必在【类定义区域】，从而必定被擦除。只有被继承时，子类的实例信息中会存在一个夫类的泛型信息。

为何要有类型擦除？这涉及到Java语言的特性，JDK 从1.5（应该是）开始支持泛型，但是只能说是Java语法支持泛型了，JVM并不支持泛型，不少人笑称其为 “假泛型”。

虽然会被擦除，但是《Effective Java》 2th Edtion 还是建议大家在编程中，明确限定原型类，这样可以更好的约束代码，在编译期间提示。如果确实不在乎列表元素的类型是否一致，请使用 List<?>。

所以当我们使用 

List<String>的时候，编译器看到的不是String，而是一个Object（java中所有类型都继承于Object）。

一旦【类定义区域】中的泛型参数被擦除了。那么使用这个模板类创建实例，运行时，JVM反射是无法获取此模板具体的类型的。

因此

像C#中 GetGenericArguments()类似的getGenericClass()函数，在java中毫无意义。

这里的毫无意义是指在上面所说的java和jvm的特性的基础上。（若jvm支持真泛型，那么这一切就有意义了）

为什么说他无意义，反证法：

假设这个函数存在，有意义，那么下面代码可以获取T.Class

[java] view plaincopy

1. class A<T>{  
2. public Class getTclass()   
3.   {  
4. return this.getGenericClasses()[0];//这里只有一个模板参数
5.   }  
6. public static void main(String []args)  
7.   {  
8.       A<Integer> a= new A<Integer>();  
9.       System.out.print(a.getTclass());  
10.   }  
11. }  

这样的一段代码会被编译成：

[java] view plaincopy

1. class A<T>{  
2. public Class getTclass()   
3.   {  
4. return this.getGenericClasses()[0];//这里只有一个模板参数
5.   }  
6. public static void main(String []args)  
7.   {  
8.       A a= new A();  
9.       System.out.print(a.getTclass());  
10.   }  
11. }  

这时候问题就来了，JVM执行的是.class文件，而不是.java文件，在JVM看来，这个class文件里没有说任何关于T的信息，现在你问我要T.class 我该拿什么给你？

这样一来，

[java] view plaincopy

1. getGenericClasses()  

这个函数永远都返回 java.lang.Object. 等于没返回。

所以这个函数没有必要存在了。

回头想想，之所以

getGenericSuperclass();有效，其本质在于

在子类的java文件中的【类声明区域】指定了T的真正类。

如：

public class B extends A<Integer>{

//...

}

这样一个小悬案就明朗了。