Java Review（三十一、泛型）
为什么要使用泛型
Java 集合有个缺点一一把一个对象"丢进"集合里之后，集合就会"忘记"这个对象的数据类型 ，当再次取出该对象时 ， 该对象的编译类型就变成 了 Object 类型(其运行时类型没变） 。
Java 集合之所以被设计成这样，是因为集合 的 设计者不知道我们会用集合来保存什么类型的对象 ，所以他们把集合设计成能保存任何类型 的对象，只要求具有很好的通用性 。 但这样做带来如下两个问题 :
- 集合对元素类型没有任何限制，这样可能引发一些问题 。 例如，想创建一个只能保存 Dog 对象的集合，但程序也可以轻易地将 Cat 对象"丢"进去，所以可能引发异常 。
- 由于把对象"丢进"集合时 ， 集合丢失了对象的状态信息，集合只知道它盛装的是 Object，因此取出集合元素后通常还需要进行强制类型转换 。 这种强制类型转换既增加了编程的复杂度 ，也可能引发ClassCastException异常。
使用泛型
从 Java 5 以后， Java 引入了"参数化类型 Cparameterized type )" 的概念 ，允许程序在创建集合时指定集合元素的类型 ，如List ， 这表 明 该 List 只能保存字符串类型的对象 。 Java 的参数化类型被称为泛型 (Generic) 。
GenericList.java
public class GenericList
{
public static void main(String[] args)
{
// 创建一个只想保存字符串的List集合
List<String> strList = new ArrayList<String>(); // ①
strList.add("疯狂Java讲义");
strList.add("疯狂Android讲义");
// 下面代码将引起编译错误
// strList.add(5); // ②
strList.forEach(str -> System.out.println(str.length())); // ③
}
}深入泛型
泛型，就是允许在定义类、接口、方法时使用类型形参，这个类型形参(或叫泛型)将在声明变量、创建对象、调用方法时动态地指定(即传入实际的类型参数，也可称为类型实参 ) 。
定义泛型接口、类
下面是 Java 5 改写后 List 接口、 Iterator 接口、 Map 的代码片段 。
// 定义接口时指定了 一个泛型形参，该形参名为 E
public interface List<E>{
// 在该接口里. E 可作为类型使用
// 下面方法可以使用 E 作为参数类型
void add (E x);
Iterator<E> iterator(); //①
// 定义接口时指定了一个泛型形参 ，该形参名为 E
}
public interface Iterator<E>{
//在该接口里 E 完全可以作为类型使用
E next() ;
boolean hasNext() ;
// 定义该接口时指定了两个泛型形参，其形参名为 K 、 v
}
public interface Map<K , V>{
// 在该接口里 K 、 V 完全可以作为类型使用
Set<K> keySet() //②
V put(K key, V value)
} 尖括号中的内容一一就是泛型的实质:允许在定义接口、类时声明泛型形参，泛型形参在整个接口、类体内可当成类型使用，几乎所有可使用普通类型的地方都可以使用这种泛型形参 。
可以为任何类、接口增加泛型声明(并不是只有集合类才可以使用泛型声明 ，虽然集合类是泛型的重要使用场所) 。 下面自定义一个 Apple 类，这个 Apple 类就可以包含一个泛型声明 。
Apple.java
// 定义Apple类时使用了泛型声明
public class Apple<T>
{
// 使用T类型定义实例变量
private T info;
public Apple(){}
// 下面方法中使用T类型来定义构造器
public Apple(T info)
{
this.info = info;
}
public void setInfo(T info)
{
this.info = info;
}
public T getInfo()
{
return this.info;
}
public static void main(String[] args)
{
// 由于传给T形参的是String，所以构造器参数只能是String
Apple<String> a1 = new Apple<>("苹果");
System.out.println(a1.getInfo());
// 由于传给T形参的是Double，所以构造器参数只能是Double或double
Apple<Double> a2 = new Apple<>(5.67);
System.out.println(a2.getInfo());
}
}类型通配符
当使用一个泛型类时 (包括声明变量和创建对象两种情况) ， 都应该为这个泛型类传入一个类型实参。如果没有传入类型实际参数 ， 编译器就会提出泛型警告 。 假设现在需要定义一个方法 ， 该方法里有一个集合形参，集合形参的元素类型是不确定的， 那应该怎样定义呢?
使用类型通配符
为了表示各种泛型 List 的父类，可以使用类型通配符，类型通配符是一个问号 ( ?) ，将一个问号作为类型实参传给 List 集合 ， 写作: List<?> (意思是元素类型未知的 List ) 。 这个问号(?)被称为通配符，它的元素类型可以匹配任何类型 。
public void test(List<?> c){
for (int i = 0 ; i < c . size() ; i++ ){
System . out .println (c.get(i) );
}
} 在使用任何类型的 List 来调用它，程序依然可以访问集合 c 中的元素，其类型是 Object，这永远是安全的，因为不管 List 的真实类型是什么，它包含的都是Object 。
但这种带通配符的 List 仅表示它是各种泛型 List 的父类，并不能把元素加入到其中 。 例如，如下代码将会引起编译错误 ：
List<?> c = new ArrayLi st<String> ();
//下丽程序引起编译错误
c . add(new Object()) ;因为程序无法确定 c 集合中元素的类型，所以不能向其中添加对象 。 根据前面的 List接口定义的代码可以发现 : add()方法有类型参数 E 作为集合的元素类型，所以传给 add 的参数必须是 E 类的对象或者其子类的对象 。 但因为在该例中不知道 E 是什么类型，所以程序无法将任何对象"丢进"该集合 。 唯一的例外是 nulL ——它是所有引用类型的实例 。
另 一方面 ， 程序可以调用 get()方法来返回 List<?>集合指定索引处的元素，其返回值是一个未知类型，但可以肯定的是，它总是一个 Object 。 因此，把 get()的返回值赋值给一个 Object 类型的变量，或者放在任何希望是 Object 类型的地方都可以 。
设定类型通配符的上限
当直接使用 List这种形式时，即表明这个 List 集合可以是任何泛型 List 的父类 。 但还有一种特殊的情形，程序不希望这个 List是任何泛型 List 的父类，只希望它代表某一类泛型 List 的父类。
一个简单的绘图程序，下面先定义三个形状类 :
Shape.java
// 定义一个抽象类Shape
public abstract class Shape
{
public abstract void draw(Canvas c);
}Circle.java
// 定义Shape的子类Circle
public class Circle extends Shape
{
// 实现画图方法，以打印字符串来模拟画图方法实现
public void draw(Canvas c)
{
System.out.println("在画布" + c + "上画一个圆");
}
}Rectangle.java
// 定义Shape的子类Rectangle
public class Rectangle extends Shape
{
// 实现画图方法，以打印字符串来模拟画图方法实现
public void draw(Canvas c)
{
System.out.println("把一个矩形画在画布" + c + "上");
}
}上面定义了 三个形状类，其中 Shape 是一个抽象父类 ， 该抽象父类有两个子类 : Circle 和 Rectangle 。接下来定义一个 Canvas 类 ， 该画布类可以画数量不等的形状 (Shape 子类的对象) 。
Canvas.java
public class Canvas
{
// // 同时在画布上绘制多个形状
// public void drawAll(List<Shape> shapes)
// {
// for (Shape s : shapes)
// {
// s.draw(this);
// }
// }
// 同时在画布上绘制多个形状，使用被限制的泛型通配符
public void drawAll(List<? extends Shape> shapes)
{
for (Shape s : shapes)
{
s.draw(this);
}
}
public static void main(String[] args)
{
List<Circle> circleList = new ArrayList<Circle>();
Canvas c = new Canvas();
// 由于List<Circle>并不是List<Shape>的子类型,
// 所以下面代码引发编译错误
c.drawAll(circleList);
}
}程序中使用了被限制的泛型通配符。
被限制的泛型通配符表示如下 :
//它表示泛型形参必须是 Shape 子类的 List
List<? extends Shape>List<? extends Shape>是受限制通配符的例子，此处的问号 (?) 代表一个未知的类型，就像前面看到的通配符一样 。 但是此处的这个未知类型一定是 Shape 的子类型(也可以是 Shape 本身)，因此可以把 Shape 称为这个通配符的上限 (upper bound) 。
类似地，由于程序无法确定这个受限制的通配符的具体类型，所以不能把 Shape 对象或其子类的对象加入这个泛型集合中 。 例如，下面代码就是错误的:
public void addRectangle(List<? extends Shape> shapes){
//下面代码引起编译错误
shapes .add(O , new Rectangle());
} 简而言之，这种指定通配符上限的集合，只能从集合中取元素(取出的元素总是上限的类型) ，不能向集合中添加元素(因为编译器没法确定集合元素实际是哪种子类型) 。
设定类型通配符的下限
除可以指定通配符的上限之外， Java 也允许指定通配符的下限，通配符的下限用<? super 类型>的方式来指定，通配符下限的作用与通配符上限的作用恰好相反 。
指定通配符的下限就是为了支持类型型变 。 比如 Foo 是 Bar 的子类，当程序需要一个 A<? super Bar>变量时，程序可以将 A<Foo> 、 A<Object>赋值给 A<? super Bar>类型的变量，这种型变方式被称为逆变。
对于逆变的泛型集合来说，编译器只知道集合元素是下限的父类型，但具体是哪种父类型则不确定。
因此，这种逆变的泛型集合能向其中添加元素(因为实际赋值的集合元素总是逆变声明的父类) ，从集合中取元素时只能被当成 Object 类型处理(编译器无法确定取出的到底是哪个父类的对象)。
假设实现一个工具方法:实现将 src 集合中的元素复制到 dest 集合的功能，因为 dest 集合可以保存 src 集合中的所有元素，所以 dest 集合元素的类型应该是 src 集合元素类型的父类。
对于上面的 copy()方法，可以这样理解两个集合参数之间的依赖关系;不管 src 集合元素的类型是什么，只要 dest 集合元素的类型与前者相同或者是前者的父类即可，此时通配符的下限就有了用武之地 。
下面程序采用通配符下限的方式来实现该 copy()方法 ：
MyUtils.java
public class MyUtils
{
// 下面dest集合元素类型必须与src集合元素类型相同，或是其父类
public static <T> T copy(List<? super T> dest
, List<T> src)
{
T last = null;
for (T ele : src)
{
last = ele;
// 逆变的泛型集合添加元素是安全的
dest.add(ele);
}
return last;
}
public static void main(String[] args)
{
List<Number> ln = new ArrayList<>();
List<Integer> li = new ArrayList<>();
li.add(5);
// 此处可准确的知道最后一个被复制的元素是Integer类型
// 与src集合元素的类型相同
Integer last = copy(ln , li); // ①
System.out.println(ln);
}
}使用这种语句，就可以保证程序的①处调用后推断出最后一个被复制的元素类型是 Integer，而不是笼统的 Number 类型 。
实际上， Java 集合框架中的 TreeSet有一个构造器也用到了这种设定通配符下限的语法，如下所示 ：
//下面的 E 是定义 TreeSet 类时的泛型形参
TreeSet(Comparator<? super E> c)通过这种带下限的通配符的语法 ，可以在创建 TreeSet 对象时灵活地选择合适的 Comparator 。 假定需要创建一个 TreeSet<String>集合，并传入一个可以比较 String 大小 的 Comparator ， 这个 Comparator既可以是 Comparator，也可以是 Comparator一一只要尖括号里传入的类型是 String 的父类型(或它本身) 即可。 TreeSetTest.java
public class TreeSetTest
{
public static void main(String[] args)
{
// Comparator的实际类型是TreeSet的元素类型的父类，满足要求
TreeSet<String> ts1 = new TreeSet<>(
new Comparator<Object>()
{
public int compare(Object fst, Object snd)
{
return hashCode() > snd.hashCode() ? 1
: hashCode() < snd.hashCode() ? -1 : 0;
}
});
ts1.add("hello");
ts1.add("wa");
// Comparator的实际类型是TreeSet元素的类型，满足要求
TreeSet<String> ts2 = new TreeSet<>(
new Comparator<String>()
{
public int compare(String first, String second)
{
return first.length() > second.length() ? -1
: first.length() < second.length() ? 1 : 0;
}
});
ts2.add("hello");
ts2.add("wa");
System.out.println(ts1);
System.out.println(ts2);
}
}设定泛型形参的上限
J ava 泛型不仅允许在使用通配符形参 时设定上限，而且可以在定义泛型形参 时设定 上限 ，用于表示传给该泛型形参的实际类型要么是该上限类型 ，要么是该上限类型的子类。
下面程序示范了这种用法 :
Apple.java
public class Apple<T extends Number>
{
T col;
public static void main(String[] args)
{
Apple<Integer> ai = new Apple<>();
Apple<Double> ad = new Apple<>();
// 下面代码将引起编译异常，下面代码试图把String类型传给T形参
// 但String不是Number的子类型，所以引发编译错误
// Apple<String> as = new Apple<>(); // ①
}
}上面程序定义了 一个 Apple 泛型类 ， 该 Apple 类的泛型形参的上限是 Number 类，这表明使用 Apple类时为 T 形参传入的实际类型参数只能是 Number 或 Number 类的子类 。 上面程序在①处将引起编译错误 : 类型 T 的上限是 Number 类型，而此处传入的实际类型是 String 类型 ，既不是 Number 类型，也不 是 Number 类型的子类型，所以将会导致编译错误 。
在一种更极端的情况下，程序需要为泛型形参设定多个上限 (至多有一个父类上限，可以有多个接口上限)，表明该泛型形参必须是其父类的子类(是父类本身也行)，并且实现多个上限接口。
如下代码所示 :
// 表明 T 类型必须是 Number 类或其子类，并必须实现 java.io.Seria1izab1e 接口
pub1ic c1ass Apple<T extends Number & java. i o . Serializab1e>{
……
}泛型方法
定义泛型方法
假设需要实现这样一个方法一一该方法负责将一个 Object 数组的所有元素添加到一个 Collection 集合中 。
考虑采用如下代码来实现该方法：
static void fromArrayToCollection(Object[) a , Collection<Object> c){
for (Object 0 : a){
c . add (o);
}
} 上面定义的方法没有任何问题，关键在于方法中的 c 形参，它的数据类型是 Collection<Object>。 Collection不是 Collection的子类型一一所以这个方法的功能非常有限，它只能将 Object[]数组的元素复制到元素为 Object ( Object 的子类不行)的 Collection 集合中。
下面代码将引起编译错误 ：
String[] strArr = {"a" , "b " };
List<String> strList = new ArrayList<>() ;
/ / Collection<String>对象不能当成 Collection<Object>使用，下面代码出现编译错误
fromArrayToCollection(strArr , strList);为了解决这个问题，可以使用 Java 5 提供的泛型方法 (Generic Method)。所谓泛型方法，就是在声明方法时定义→个或多个泛型形参。
泛型方法的语法格式如下:
修饰符 <T , S> 返回值类型方法名(形参列表){
//方法体 .. .
} 采用支持泛型的方法，就可以将上面的fromArrayToCollection 方法改为如下形式:
static <T> void fromArrayToCollection (T[] a , Collection<T> c){
for (T 0 : a){
c.add(o) ;
}
} 下面程序示范了完整的用法 :
GenericMethodTest.java
public class GenericMethodTest
{
// 声明一个泛型方法，该泛型方法中带一个T泛型形参，
static <T> void fromArrayToCollection(T[] a, Collection<T> c)
{
for (T o : a)
{
c.add(o);
}
}
public static void main(String[] args)
{
Object[] oa = new Object[100];
Collection<Object> co = new ArrayList<>();
// 下面代码中T代表Object类型
fromArrayToCollection(oa, co);
String[] sa = new String[100];
Collection<String> cs = new ArrayList<>();
// 下面代码中T代表String类型
fromArrayToCollection(sa, cs);
// 下面代码中T代表Object类型
fromArrayToCollection(sa, co);
Integer[] ia = new Integer[100];
Float[] fa = new Float[100];
Number[] na = new Number[100];
Collection<Number> cn = new ArrayList<>();
// 下面代码中T代表Number类型
fromArrayToCollection(ia, cn);
// 下面代码中T代表Number类型
fromArrayToCollection(fa, cn);
// 下面代码中T代表Number类型
fromArrayToCollection(na, cn);
// 下面代码中T代表Object类型
fromArrayToCollection(na, co);
// 下面代码中T代表String类型，但na是一个Number数组，
// 因为Number既不是String类型，
// 也不是它的子类，所以出现编译错误
// fromArrayToCollection(na, cs);
}
}泛型方法和类型通配符的区别
大多数时候都可以使用泛型方法来代替类型通配符 。
例如，对于 Java 的 Collection 接口中两个方法定义 :
public interface Collection<E>{
boolean containsAll (Coll ection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c) ;
……
} 上面集合中两个方法的形参都采用了类型通配符的形式，也可以采用 泛型方法的形式， 如下所示 :
public interface Collection<E>{
<T> boolean containsAll(Collection<T> c);
<T extends E> boolean addAll(Col工ection<T> c) ;
……
} 上面方法使用了 <T extends E>泛型形式 ， 这时定义泛型形参时设定上限(其中 E 是 Collection 接口里定义的泛型，在该接口里 E 可当成普通类型使用) 。
上面两个方法中泛型形参 T 只使用了 一次，泛型形参 T 产生的唯一效果是可以在不同的调用点传入不同的实际类型 。对于这种情况，应该使用通配符 : 通配符就是被设计用来支持灵活的子类化的 。
泛型方法允许泛型形参被用来表示方法的一个或多个参数之间的类型依赖关系，或者方法返回值与参数之间的类型依赖关系。如果没有这样的类型依赖关系，就不应该使用泛型方法。
Java 7 的"菱形"语法与泛型构造器
正如泛型方法允许在方法签名中声明泛型形参一样， Java 也允许在构造器签名中声明泛型形参 ，这样就产生了所谓的泛型构造器 。
一旦定义了泛型构造器，接下来在调用构造器时，就不仅可以让 Java 根据数据参数的类型来"推断"泛型形参的类型，而且程序员也可以显式地为构造器中的泛型形参指定实际的类型 。
如下程序所示：
GenericConstructor.java
class Foo
{
public <T> Foo(T t)
{
System.out.println(t);
}
}
public class GenericConstructor
{
public static void main(String[] args)
{
// 泛型构造器中的T类型为String。
new Foo("疯狂Java讲义");
// 泛型构造器中的T类型为Integer。
new Foo(200);
// 显式指定泛型构造器中的T类型为String，
// 传给Foo构造器的实参也是String对象，完全正确。
new <String> Foo("疯狂Android讲义");
// 显式指定泛型构造器中的T类型为String，
// 但传给Foo构造器的实参是Double对象，下面代码出错
new <String> Foo(12.3);
}
}Java 7 新增 的"菱形"语法 ，它允许调用构造器时在构造器后使用 一对尖括号来代表泛型信息 。 但如果程序显式指定了泛型构造器中声明的泛型形参的实际类型，则不可以使用"菱形"语法 。
如下程序所示 ：
GenericDiamondTest.java
class MyClass<E>
{
public <T> MyClass(T t)
{
System.out.println("t参数的值为：" + t);
}
}
public class GenericDiamondTest
{
public static void main(String[] args)
{
// MyClass类声明中的E形参是String类型。
// 泛型构造器中声明的T形参是Integer类型
MyClass<String> mc1 = new MyClass<>(5);
// 显式指定泛型构造器中声明的T形参是Integer类型，
MyClass<String> mc2 = new <Integer> MyClass<String>(5);
// MyClass类声明中的E形参是String类型。
// 如果显式指定泛型构造器中声明的T形参是Integer类型
// 此时就不能使用"菱形"语法，下面代码是错的。
// MyClass<String> mc3 = new <Integer> MyClass<>(5);
}
}擦除和转换
在严格的泛型代码里，带泛型声明的类总应该带着类型参数 。 但为了与老的 Java 代码保持一致，也允许在使用带泛型声明的类时不指定实际的类型 。 如果没有为这个泛型类指定实际的类型， 此时被称作 raw type (原始类型) ， 默认是声明该泛型形参时指定的第一个上限类型。
当把一个具有泛型信息的对象赋给另 一个没有泛型信息的变量时，所有在尖括号之间的类型信息都将被扔掉 。 比如一个 List类型被转换为 List，则该List 对集合元素的类型检查变成了泛型参数的上限(即 Object ) 。
下面程序示范了这种擦除：
ErasureTest.java
class Apple<T extends Number>
{
T size;
public Apple()
{
}
public Apple(T size)
{
this.size = size;
}
public void setSize(T size)
{
this.size = size;
}
public T getSize()
{
return this.size;
}
}
public class ErasureTest
{
public static void main(String[] args)
{
Apple<Integer> a = new Apple<>(6); // ①
// a的getSize方法返回Integer对象
Integer as = a.getSize();
// 把a对象赋给Apple变量，丢失尖括号里的类型信息
Apple b = a; // ②
// b只知道size的类型是Number
Number size1 = b.getSize();
// 下面代码引起编译错误
// Integer size2 = b.getSize(); // ③
}
}从逻辑上来看， List<String>是 List 的子类，如果直接把一个 List 对象赋给一个 List<String>对象应该引起编译错误，但实际上不会。对泛型而言，可以直接把一个 List 对象赋给一个 List对象 ，编译器仅仅提示"未经检查的转换"。
看下面程序 ：
ErasureTest2.java
public class ErasureTest2
{
public static void main(String[] args)
{
List<Integer> li = new ArrayList<>();
li.add(6);
li.add(9);
List list = li;
// 下面代码引起“未经检查的转换”的警告，编译、运行时完全正常
List<String> ls = list; // ①
// 但只要访问ls里的元素，如下面代码将引起运行时异常。
System.out.println(ls.get(0));
}
}参考： 【1】：《疯狂Java讲义》 【2】：《Java核心技术 卷一》 【3】：廖雪峰的官方网站：泛型