带着问题高效学Android：关于Java与Kotlin泛型你应该知道的知识点

前言

• 带着问题学习可以让我们在学习的过程中更加有目的性与条理。
• 例如在读源码的过程中，我们如果从头开始读，往往千头万绪，抓不住要领。
• 而如果在开始读之前先带着几个问题，则可以让我们在读源码的过程中有一个主线。
• 最后也可以通过判断自己的问题是否得到解决了，来判断自己是否真的读懂了，不然面对成千上万行的代码，很容易有白读了的感觉。

阅读本文前，下面先列出几个问题 1.为什么我们需要泛型？ 2.如何定义泛型类？如何定义泛型方法? 3.怎么限定类型变量？ 4.泛型有什么局限性？ 5.泛型类型的继承规则是怎样的？ 6.什么是泛型的通配符？什么是PECS原则？ 7.虚拟机如何实现泛型？什么是泛型擦除？ 8.kotlin中的泛型与Java泛型有什么区别？

为什么我们需要泛型？

首先举两个例子

1.求和函数

实际开发中，经常有数值类型求和的需求，例如实现int类型的加法, 有时候还需要实现long类型的求和 如果还需要double类型的求和，又需要重新在重载一个输入是double类型的add方法。

public int addInt(int x,int y){
    return x+y;
}

public float addFloat(float x,float y){
    return x+y;
}

这种情况就会写很多重复代码

2.List中添加元素

List list = new ArrayList();
list.add("mark");
list.add("OK");
list.add(100);

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        String name = list.get(i); // 1
        System.out.println("name:" + name);
    }

定义了一个List类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的，因为此时list默认的类型为Object类型。

在之后的循环中，由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因,容易引发类型转换错误。

因为编译阶段正常,因此，导致此类错误编码过程中不易发现。

在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：

1.当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。 2.因此，从List取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。

所以泛型的好处就是：

1.适用于多种数据类型执行相同的代码 2.泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换

如何定义泛型类与泛型方法？

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？

顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。

也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

泛型类与泛型接口的定义

引入一个类型变量T（其他大写字母都可以，不过常用的就是T，E，K，V等等），并且用<>括起来，并放在类名的后面。泛型类是允许有多个类型变量的。

public interface Genertor<T> {
    public T next();
}

public class ImplGenertor<T> implements Genertor<T> {
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

泛型方法的定义

泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 ，泛型方法可以在任何地方和任何场景中使用，包括普通类和泛型类。 注意泛型类中定义的普通方法和泛型方法的区别。

1.public <T> T genericMethod(T...a){
        return a[a.length/2];
    }

2.public T genericMethod(T...a){
        return a[a.length/2];
    }    

如上所示，第2种虽然在方法中使用了泛型，却不是一个泛型方法。 这只是类中的一个普通的成员方法，只不过他的返回值是泛型类中已经声明了的泛型。

怎么限定类型变量？

有时候，我们需要对类型变量加以约束，比如计算两个变量的最小，最大值。 请问，如果确保传入的两个变量一定有compareTo方法？那么解决这个问题的方案就是将T限制为实现了接口Comparable的类

   public static <T extends Comparable> T min(T a,T b){
       if(a.comapareTo(b)>0) return a; else return b;
   }

同时extends左右都允许有多个，如 T,V extends Comparable & Serializable

这种类的限定既可以用在泛型方法上也可以用在泛型类上。

泛型有什么局限性？

因为Java中的泛型是利用泛型擦除实现的，目前还有以下局限性：

1.不能用基本类型实例化类型参数 2.运行时类型查询只适用于原始类型 3.泛型类的静态上下文中类型变量失效 4.不能创建参数化类型的数组 5.不能实例化类型变量 6.不能捕获泛型类的实例

不能在静态域或方法中引用类型变量。因为泛型是要在对象创建的时候才知道是什么类型的，而对象创建的代码执行先后顺序是static的部分，然后才是构造函数等等。所以在对象初始化之前static的部分已经执行了，如果你在静态部分引用的泛型，那么毫无疑问虚拟机根本不知道是什么东西，因为这个时候类还没有初始化。

泛型类型的继承规则是怎样的？

现在我们有一个类和子类

public class Emplyee{}

public class Worker extends Emplyee{}

有一个泛型类

public class Pair<T>{}

请问Pair和Pair是继承关系吗？ 答案：不是，他们之间没有什么关系 但是泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList

通配符与PECS

正是因为前面所述的，Pair和Pair没有任何关系,而我们有时候需要用到类之前的继承关系 为解决这个问题，于是提出了一个通配符类型 ? 有两种使用方式： ？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类 ？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类 这两种 方式从名字上来看，特别是super，很有迷惑性，下面我们来仔细辨析这两种方法。

？ extends X

表示传递给方法的参数，必须是X的子类（包括X本身）

public static void print2(GenericType<? extends Fruit> p){
    System.out.println(p.getData().getColor());
}

public static void use2(){
    GenericType<Fruit> a = new GenericType<>();
    print2(a);
    GenericType<Orange> b = new GenericType<>();
    print2(b);
}

但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法是不允许被调用的，会出现编译错误

GenericType<? extends Fruit> c =  new GenericType<>();

Apple apple =  new Apple();
Fruit fruit = new Fruit();
        //set会报错
        //c.setData(apple);
        //c.setData(fruit);
        //get是可以的
Fruit x = c.getData();

get方法则没问题，会返回一个Fruit类型的值。 为何？ 道理很简单，？extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类，那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X（不管是X或者X的子类）编译器是可以确定知道的。但是set方法只知道传入的是个X，至于具体是X的那个子类，不知道。

总结：主要用于安全地访问数据，可以访问X及其子类型，并且不能写入非null的数据。

？ super X

表示传递给方法的参数，必须是X的超类（包括X本身）

public static void printSuper(GenericType<? super Apple> p){
    System.out.println(p.getData());
}

public static void useSuper(){
    GenericType<Fruit> fruitGenericType = new GenericType<>();
    GenericType<Apple> appleGenericType = new GenericType<>();
    GenericType<HongFuShi> hongFuShiGenericType = new GenericType<>();
    GenericType<Orange> orangeGenericType = new GenericType<>();
    printSuper(fruitGenericType);
    printSuper(appleGenericType);
    printSuper(hongFuShiGenericType);
    printSuper(orangeGenericType);
}

但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法可以被调用的，且能传入的参数只能是X或者X的子类

//表示GenericType的类型参数的下界是Apple
GenericType<? super Apple> x = new GenericType<>();
x.setData(new Apple());
x.setData(new HongFuShi());
        //x.setData(new Fruit());
Object data = x.getData();

get方法只会返回一个Object类型的值。

为何？

？super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类（包括X本身），那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X的超类，那么到底是哪个超类？不知道，但是可以肯定的说，Object一定是它的超类，所以get方法返回Object。编译器是可以确定知道的。对于set方法来说，编译器不知道它需要的确切类型，但是X和X的子类可以安全的转型为X。

总结：主要用于安全地写入数据，可以写入X及其子类型

无限定的通配符 ?

表示对类型没有什么限制，可以把？看成所有类型的父类，如Pair< ?>；

比如：

ArrayList al=new ArrayList(); 指定集合元素只能是T类型 ArrayList al=new ArrayList();集合元素可以是任意类型，这种没有意义，一般是方法中，只是为了说明用法。

在使用上：

？ getFirst() ： 返回值只能赋给 Object，； void setFirst(?) ： setFirst 方法不能被调用， 甚至不能用 Object 调用；

PECS原则

上面讲解的extend与super的使用，其实可以用PECS原则来总结：

PECS指“Producer Extends，Consumer Super”。换句话说，如果参数化类型表示一个生产者，就使用<? extends T>；如果它表示一个消费者，就使用<? super T>

总结 ? extends 和 the ? super 通配符的特征，我们可以得出以下结论

• 如果你想从一个数据类型里获取数据，使用 ? extends 通配符
• 如果你想把对象写入一个数据结构里，使用 ? super 通配符
• 如果你既想存，又想取，那就别用通配符。

虚拟机是如何实现泛型的？什么是泛型擦除？

泛型思想早在C++语言的模板（Template）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。，由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，所以Object转型成任何对象都是有可能的。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，就已经替换为原来的原生类型（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称为伪泛型。

将一段Java代码编译成Class文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了Java泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型

public static String method(List<String> stringList){
    System.out.println("List");
    return "OK";
}

public static Integer method(List<Integer> stringList){
    System.out.println("List");
    return 1;
}

上面这段代码是不能被编译的，因为参数List＜Integer＞和List＜String＞编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List＜E＞，擦除动作导致这两种方法的特征签名变得一模一样。

为什么泛型擦除后get不需要类型转换？

因为类型擦除的问题，所以所有的泛型类型变量最后都会被替换为原始类型。这样就引起了一个问题，既然都被替换为原始类型，那么为什么我们在获取的时候，不需要进行强制类型转换呢？看下ArrayList和get方法：

public E get(int index) {
    RangeCheck(index);
    return (E) elementData[index];
}

看以看到，在return之前，会根据泛型变量进行强转。 写了个简单的测试代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Date> list=new ArrayList<Date>();
        list.add(new Date());
        Date myDate=list.get(0);
    }

然后反编了下字节码，如下

public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init
:()V
7: astore_1
8: aload_1
9: new #19 // class java/util/Date
12: dup
13: invokespecial #21 // Method java/util/Date."<init>":()

16: invokevirtual #22 // Method java/util/ArrayList.add:(L
va/lang/Object;)Z
19: pop
20: aload_1
21: iconst_0
22: invokevirtual #26 // Method java/util/ArrayList.get:(I
java/lang/Object;
25: checkcast #19 // class java/util/Date
28: astore_2
29: return

看第22 ，它调用的是ArrayList.get()方法，方法返回值是Object，说明类型擦除了。然后第25，它做了一个checkcast操作，即检查类型#19， 在在上面找#19引用的类型，他是 9: new #19 // class java/util/Date 是一个Date类型，即做Date类型的强转。 所以不是在get方法里强转的，是在你调用的地方强转的

kotlin泛型

kotlin泛型中引入了in和out

Out (协变)

如果你的类是将泛型作为内部方法的返回，那么可以用 out：

interface Production<out T> {
    fun produce(): T
}

可以称其为 production class/interface，因为其主要是产生（produce）指定泛型对象。因此，可以这样来记：produce = output = out。 相当于Java中的? extends T

In(逆变)

如果你的类是将泛型对象作为函数的参数，那么可以用 in：

interface Consumer<in T> {
    fun consume(item: T)
}

可以称其为 consumer class/interface，因为其主要是消费指定泛型对象。因此，可以这样来记：consume = input = in。 相当于Java中的? super T

Invariant(不变)

如果既将泛型作为函数参数，又将泛型作为函数的输出，那就既不用 in 或 out。

interface ProductionConsumer<T> {
    fun produce(): T
    fun consume(item: T)
}

"父类泛型对象可以赋值给子类泛型对象，用 in； 子类泛型对象可以赋值给父类泛型对象，用 out。"

关于In out使用的例子，可见：Kotlin 泛型中的 in 和 out

如何进阶Android？

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