【java筑基】吃透泛型(一万字长文，建议收藏)
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前 言 🍉 作者简介：半旧518，长跑型选手，立志坚持写10年博客，专注于java后端 ☕专栏简介：深入、全面、系统的介绍java的基础知识 🌰 文章简介：本文将深入全面介绍泛型知识,建议收藏备用，创作不易，敬请三连哦 🍎大厂真题：大厂面试真题大全
文章目录
一、泛型介绍
1 泛型入门
集合元素过去默认为Object类型，无法指定元素类型，编译时不检查类型，而且每次取出对象都要进行强制类型转换，泛型出现避免了这种臃肿的代码。下列代码会看到编译时不检查元素类型导致的异常。
public class ListErr {
public static void main(String[] args) {
List strList = new ArrayList();
strList.add("人有悲欢离合");
strList.add("月有阴晴圆缺");
strList.add(23333);
//ClassCastException
strList.forEach(str -> System.out.println(((String) str).length()));
}
}泛型用于指定集合存储数据的类型。
List<String> books=new ArrayList<String>();上述代码定义集合时使用泛型，创建对象时构造器也给出泛型类型，这样显然是多余的。java7做了改进。
List<String> books=new ArrayList<>();2 深入泛型
2.1定义泛型接口、类
我们可以在定义一个类时允许它使用泛型，通过阅读java提供的集合接口源码可以知道如何定义泛型接口。
//定义接口时指定了一个类型形参E
public interface List<E> extends Collection<E> {
//在接口中将形参E作为类型使用
boolean add(E e);
Iterator<E> itorator;
// ...
}在实际使用时，只需要在声明对象时传入E的实参即可 。
2.2 从泛型类派生子类
从泛型类派生子类时，我们可以为泛型指定实参，也可以不使用，注意不要再使用形参T。
public class Apple<T> {
private T info;
public T getInfo(){
return this.info;
}
} public class SmallApple extends Apple<String> {
private String info;
public String getInfo() {
return this.info;
}
}2.3 并不存在泛型类
实际上，泛型只是设计来用于方便编程，并不会由于指定类型不同而生成不同的class文件。
public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
List<String> strList = new ArrayList<>();
List<Integer> intList = new ArrayList<>();
// true
System.out.println(strList.getClass() == intList.getClass());
}
}也就是说，不管传入实参是不是一个类型，它们仍然被当成一个类型的数据，不允许在静态成员中使用泛型形参。
二、通配符
如果在使用时泛型类时不传入泛型实参会出现警告，但是如果我们并不能确定其类型如何处理？第一种想法是传入Object类型的实参，但是实际上这种办法是行不通的。
public class Test {
public void listTest(List<Object> c){
for(int i=0;i<c.size();i++){
System.out.println(c.get(i));
}
}
public static void main(String[] args) {
List<String> strList=new ArrayList<>();
//编译不能通过，The method testList(List<String>) is undefined for the type Test
//testList(strList);
}
}这是因为Java中List并不是List的子类，指定类型为Object传入参数类型只能是Object。
为了解决这个需求，可以使用类型通配符。
public void listTest(List<？> c){
for(int i=0;i<c.size();i++){
System.out.println(c.get(i));
}
}List<?>表明他是任何泛型List的父类，现在任何的List类型都可以调用listTest()方法。上面的代码解决了不指定类型抛出警告的问题，在有的时候却会使代码臃肿：使用了泛型还要进行强制类型转换。我们也可以设定通配符上限，只代表某一类泛型的父类。
public abstract class shape {
public abstract void draw(Canvas c);
} public class Circle extends Shape {
@Override
public void draw(Canvas c) {
System.out.println("在画布" + c + "上画个圈圈");
}
} public class Retangle extends Shape {
@Override
public void draw(Canvas c) {
System.out.println("在画布" + c + "上画个块块");
}
} public class Canvas {
public void drawAll(List<? extends Shape> shapes) {
for (Shape s : shapes) {
s.draw(this);
}
}
}在并不知道受限制的通配符的具体类型时，不可以将Shape及其子类对象加入这个泛型集合中。
public void addRetangle(List<? extends Shape> shapes){
// shapes.add(0, new Retangle());
}三、泛型类与泛型方法
1.泛型类
不仅使用通配符时可以设置形参上限，定义类型形参时也可以设置类型上限。
public class Apple<T extends Number> {
private T info;
public static void main(String[] args) {
Apple<Integer> intApple=new Apple<>();
//编译不通过，Bound mismatch
//Apple<String> strApple=new Apple<>();
}
}而且Java可以在定义形参时设置一个父类上限，多个接口上限。下列代码要求T类型必须是Number类的子类，而且必须实现了java.io.Seriazable接口。
public class Apple<T extends Number & java.io.Serializable> {...}2.泛型方法
可以单独为方法指定泛型形参。在该方法内部可以把指定的泛型形参当成正常类型使用。
public class GenericMethodTest {
static <T> void fromArrayToCollections(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<>();
//下列T代表Object类型
fromArrayToCollections(oa, co);
String [] sa=new String[100];
Collection<String> cs=new ArrayList<>();
//下列T代表String类型
fromArrayToCollections(sa, cs);
//下列T代表Object类型
fromArrayToCollections(sa, co);
Number [] na=new Number[100];
//The method fromArrayToCollections(T[], Collection<T>)
//in the type GenericMethodTest is not applicable for
//the arguments (Number[], Collection<String>)
//fromArrayToCollections(na, cs);
}
}四、泛型方法的自动类型推断
编译器会根据泛型方法传入的实参自动推断形参的值，通常会推断出最直接的类型参数。 为了让编译器可以推断出泛型类型，不要让编译器迷惑，否则就会出错。
public class ErrorTest {
static <T> void test(Collection<T> from,Collection<T> to) {
for (T ele : from){
to.add(ele);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<String> as = new ArrayList<>();
List<Object> ao = new ArrayList<>();
//The method test(Collection<T>, Collection<T>)
//in the type ErrorTest is not applicable for
//the arguments (List<Object>, List<String>)
//test(as, ao);
}
} 可以进行如下修改，避免编译失败。
public class ErrorTest {
static <T> void test(Collection<? extends T> from,Collection<T> to) {
for (T ele : from){
to.add(ele);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<String> ao = new ArrayList<>();
List<Object> as = new ArrayList<>();
test(ao, as);
}
}五、泛型通配符与泛型方法区别
什么时候使用泛型方法，什么时候使用类型通配符呢？一般能够使用通配符，都可以改写为泛型方法。
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
}
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
<T> boolean containsAll(Collection<T> c);
<T extends E> boolean addAll(Collection<T> c);
}这两个方法的类型形参T其实都只使用了一次，唯一效果就是在调用时传入实际类型参数，因此Collection接口设计时采用的时上示第一种：类型通配符，类型通配符就是被设计来支持灵活子类化的。
泛型方法用来表示方法一个或者多个参数之间的依赖关系，或者参数与返回值的关系，如果没有这种依赖关系，就不要使用泛型方法。
有时候会同时使用泛型通配符和泛型方法。比如Collctions.copy()方法。dest和src的参数之间存在依赖关系：src的集合元素必须是dest类型或其子类，故用泛型方法表示dest的类型，而该方法无需向src中添加修改元素，也没有其它参数src的类型，因此使用通配符更合适。
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {...}六、泛型构造器、设置通配符下限
1.泛型构造器
java中也支持泛型构造器。在泛型类中允许使用菱形语法，但不允许在显示声明构造器泛型类型的情况下使用菱形语法。
class Foo <E>{
public <T> Foo(T t) {
System.out.println(t);
}
}
public class GeneratorConstructor {
public static void main(String[] args) {
new Foo("人不轻狂枉少年");
new <Integer> Foo(20);
//使用菱形语法，E传入实参为String类型，E泛型构造器中T参数传入实参为Integer
Foo <String> foo=new Foo<>(5);
//E传入实参为String类型，显示声明构造器中的方法T传入实参为Integer
Foo <String> foo2=new <Integer> Foo <String>(5);
//编译错误
//Explicit type arguments cannot be used with '<>' in an allocation expression
//Foo <String> foo3=new <Integer> Foo <>(5);
}
}2.设置通配符下限
考虑场景：在copy方法中吧集合src中的元素复制到dest集合中，同时要求返回最后一个添加的元素。如果我们采用设置通配符上限的方法，那么返回最后一个添加的元素时，将返回一个丢失实际类型的参数。
public class MyUtils_1 {
public static <T> T copy(Collection<T> dest,
Collection<? extends T> src){
T last = null;
for(T ele : src){
last = ele;
dest.add(ele);
}
//返回的类型为T，但last元素实际上可能是T的子类
return last;
}
}Java中设计了类型通配符下限解决这一需求。
public class MyUtils {
//下面dest集合元素的类型必须与src元素的类型相同，或是其父类
public static <T> T copy(Collection<? super T> dest,
Collection<T> src){
T last = null;
for(T ele : src){
last = ele;
dest.add(ele);
}
return last;
}
}七、java8改进的泛型参数推断机制
java8增强了泛型方法的类型推断能力：允许通过调用方法的上下文推断类型参数的目标类型，允许在方法调用链中将推断到的泛型参数传递至最后一个方法。
class MyUtil<E>{
public static <Z> MyUtil<Z> nil(){
return null;
}
public static <Z> MyUtil<Z> cons(Z head,MyUtil<Z> tail){
return null;
}
E head(){
return null;
}
}
public class InferenceTest {
public static void main(String[] args) {
//通过方法赋值的目标参数来推断类型参数为String
MyUtil<String> ls=MyUtil.nil();
//通过cons()方法所以需要的参数类型来推断类型参数的类型为Integer
MyUtil.cons(42, MyUtil.nil());
}
}八 泛型擦除与转换
当把一个带有泛型信息的变量赋值给一个不带泛型信息的变量时，泛型信息将被擦除，对元素的类型参数检查将变成类型的上限。
class Apple<T extends Number>{
T size;
public Apple(){
}
public T getSize() {
return size;
}
public void setSize(T size) {
this.size = size;
}
}
public class ErasureTest {
public static void main(String[] args) {
Apple<Integer> ap=new Apple<>();
Integer apSize=ap.getSize();
Apple ap2=ap;
//Type mismatch: cannot convert from Number to Integer
//Integer apSize2=ap2.getSize();
}
}理论上，List是List的子类，把List对象直接赋给List应该出现编译错误，但实际上不会。
public class ErasureTest2 {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> li = new ArrayList<>();
li.add(1);
// 泛型擦除
List list = li;
System.out.println(li.get(0));
// 警告：The expression of type List needs unchecked conversion to conform
// to
List<String> ls = list;
// Exception :java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
System.out.println(ls.get(0));
}
}这篇文章就介绍到这里了。
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