【Java 基础篇】Java 泛型程序设计详解

繁依Fanyi

发布于 2023-10-12 10:20:00

2010

发布于 2023-10-12 10:20:00

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导言

Java 泛型程序设计是 Java 5 版本引入的一项重要特性，它允许我们在编写代码时使用参数化类型，从而实现更加通用和类型安全的代码。本文将深入介绍 Java 泛型的概念、使用方法和常见技巧，并提供一些示例代码。

一、泛型的概念

在传统的编程中，我们通常使用具体的类型来定义变量和方法的参数类型。这种方式在一定程度上限制了代码的通用性。而泛型程序设计通过引入类型参数来解决这个问题。

Java 泛型允许我们定义参数化类型，其中的参数可以在代码编写时指定，从而使代码更加通用。通过使用泛型，我们可以编写一次代码，以多种类型进行复用，从而提高代码的可重用性和灵活性。

二、泛型类和泛型方法

在 Java 中，我们可以定义泛型类和泛型方法来实现参数化类型。

1、泛型类

泛型类是指具有一个或多个类型参数的类。类型参数在类的定义中被指定，它们在类的方法和属性中可以被引用。

下面是一个简单的泛型类示例：

public class Box<T> {
    private T item;

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

在上面的示例中，Box<T> 是一个泛型类，其中的类型参数 T 可以在类的方法和属性中使用。我们可以通过 setItem 方法设置 Box 中的元素，并通过 getItem 方法获取元素。

2、泛型方法

泛型方法是指具有类型参数的方法。类型参数在方法的定义中被指定，它们可以在方法的参数类型和返回值类型中使用。

下面是一个简单的泛型方法示例：

public class Utils {
    public static <T> T getLastItem(T[] array) {
        if (array.length == 0) {
            return null;
        }
        return array[array.length - 1];
    }
}

在上面的示例中，getLastItem 是一个泛型方法，其中的类型参数 T 可以在方法的参数类型和返回值类型中使用。该方法接收一个泛型数组，并返回数组中的最后一个元素。

三、类型边界和通配符

Java 泛型还支持类型边界和通配符，它们可以帮助我们限制泛型类型的范围。

1、类型边界

类型边界允许我们指定泛型类型必须是某个特定类型或其子类型。

下面是一个使用类型边界的示例：

public class MathUtils {
    public static <T extends Number> double sum(List<T> numbers) {
        double sum = 0;
        for (T number : numbers) {
           sum += number.doubleValue();
        }
        return sum;
    }
}

在上面的示例中，<T extends Number> 表示类型参数 T 必须是 Number 类型或其子类型。这样，我们就可以在 sum 方法中使用 Number 类型的方法，如 doubleValue。

2、通配符

通配符允许我们在泛型类型中使用不确定的类型。

下面是一个使用通配符的示例：

public class Printer {
    public static void printList(List<?> list) {
        for (Object item : list) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

在上面的示例中，List<?> 表示可以接收任意类型的 List。在 printList 方法中，我们可以遍历 list 中的元素并进行打印。

四、类型擦除和桥方法

Java 泛型在编译时会进行类型擦除，即在生成的字节码中，泛型类型信息会被擦除为原始类型。由于类型擦除的存在，当泛型类或泛型方法涉及继承和重写时，会生成桥方法来确保类型安全。

下面是一个桥方法的示例：

public class ShapeList<T extends Shape> {
    private List<T> shapes;

    public void add(T shape) {
        shapes.add(shape);
    }
}

public class CircleList extends ShapeList<Circle> {
    @Override
    public void add(Circle shape) {
        // 添加额外的逻辑
        super.add(shape);
    }
}

在上面的示例中，ShapeList 是一个泛型类，CircleList 继承自 ShapeList。由于类型擦除的原因，CircleList 的 add 方法的参数类型会被擦除为 Shape，为了保持类型安全，编译器会自动生成一个桥方法来确保参数类型的匹配。

五、泛型和反射

在使用反射时，由于类型擦除的存在，我们无法直接获取泛型的具体类型。但是我们可以通过其他方式来获取泛型的信息。

下面是一个使用反射获取泛型信息的示例：

public class GenericClass<T> {
    private T item;

    public GenericClass() {
        Class<?> clazz = getClass();
        Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
        if (genericSuperclass instanceof ParameterizedType) {
            ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
            Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
            if (actualTypeArguments.length > 0) {
                Class<?> typeArgument = (Class<?>) actualTypeArguments[0];
                try {
                    item = typeArgument.newInstance();
                } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

在上面的示例中，GenericClass 是一个泛型类。通过使用反射，我们可以获取泛型的具体类型，并实例化一个对象。