死磕Java之泛型(一)

以你之姓@ 2022-03-16 08:42 201阅读 0赞

死磕Java之泛型(一)

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一般的类和方法，只能使用具体的类型；要么是基本类型，要么是自定义的类，如果需要编写可以应用于多种类型的代码，这种限制就降低了代码的可用性，当然你会想到重载，但是对于类呢，这就需要引入泛型了。

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泛型的基本概念

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泛型，从字面上理解就是适用于很多很多的类型，即参数化类型。从Java SE5开始，Sun公司就引入了泛型的概念。引入泛型的初衷是，希望类和方法具有更广泛的表达性！最直观的体现，就是我们现在所使用的容器类，例如List、Map、Set这些类；这些容器类的参数化类型表明了容器持有什么类型的对象，而且这些由编译器保证正确性。

在Java SE5之前，如果我们需要定义表某个类持有Object对象，我们可能编写如下的代码:

代码一：

class Apple{};
    public class Hold2 {
        private Object obj;
        public Hold2(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
    
        public Object getObj() {
            return obj;
        }
    
        public void setObj(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
        //程序猿技术
        public static void main(String[] args){
            Hold2 h=new Hold2(new Apple());
            Apple apple=(Apple)h.getObj();
            h.setObj("HelloWorld");
            String s=(String)h.getObj();
            h.setObj(1);
        }
    }

这段代码可能存在的问题时类型转换异常，也许你对于这段简单的代码可保证不会出错，一旦逻辑复杂，并不能避免类型转换错误。

引入泛型之后，我们可以使用如下代码替换上面不安全的代码:

代码二：

public class Hold3<T> {
        private T obj;
    
        public Hold3(T obj) {
            this.obj = obj;
        }
    
        public T getObj() {
            return obj;
        }
    
        public void setObj(T obj) {
            this.obj = obj;
        }
        //程序猿技术
        public static void main(String[] args)
        {
            Hold3<Apple> hold3=new Hold3<Apple>(new Apple());
            Apple apple=hold3.getObj();
            //不能这样使用,因为固定了类型
            //hold3.setObj("ewdrf");
        }
    }

这里在类后面使用尖括号将参数类型包住，在使用的时候用实际参数替代T，而且也避免了类型转换异常。

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泛型的实现机制

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当你深入专研泛型时会发现，泛型是一种编译时多态。更加详细的来说，泛型的实现是在编译期间编译器对于参数类型的擦除。

我们现在回到上一节的代码二中，在Hold3类的编译期间，编译器会将泛型参数T擦除，取而代之的是Object插入到被擦除的地方。那么，是不是意味着如果我们不声明泛型，Hold3<T>和Hold3类是相同呢？

如果泛型参数没有限制，在大多数方面确实如此。我们可以在上一节main方法中给出如下的代码:

代码三：

/程序猿技术
    public static void main(String[] args)
    {
        Hold3<Apple> hold3=new Hold3<Apple>(new Apple());
        Hold3<Integer> hold=new Hold3<Integer>(new Integer(0));
        //答案是true
        System.out.println(hold.getClass()==hold3.getClass());
    }

这样看起来会非常奇怪，持有Apple的Hold3的Class对象居然和持有Integer的Hold3的Class对象相同。然而，如果你理解，擦除的含义，那么对于两者的Class相同并不会奇怪。因为在编译期间，对于实例化的参数，这里分别是Apple和Integer，编译器都是使用Object来替换，显然对于两个持有相同参数的Class表示为同一个Class。

如果你理解了擦除的真谛，那么下面的代码并不吃惊:

代码四：

//程序猿技术
    public static void main(String[] args)
    {
        List<String> stringList=new ArrayList<String>();
        List<Integer> integerList=new ArrayList<Integer>();
        System.out.println(stringList.getClass()==integerList.getClass());
    }

这里依然是true。

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擦除的缺陷

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尽管擦除带来了很多便利之处，例如不需要强制转换、多态等，这也给程序员带来了困扰。比如在运行时，程序需要获取泛型声明的类型参数，具体代码如下:

代码五：

public static void main(String[] args) {
        List<String> stringList=new ArrayList<String>();
        Map<String,Integer> map=new HashMap<String,Integer>();
        //程序猿技术
        System.out.println(Arrays.toString(stringList.getClass().getTypeParameters()));
        System.out.println(Arrays.toString(map.getClass().getTypeParameters()));
    }

与一般想法不一样的是，程序运行的结果如下:

![QQ截图20190226120951.png][QQ_20190226120951.png]

可以看出仅仅只是输出了参数占位符的标识，这里有个残酷的现实:

在泛型代码内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息。

同样地，任何在运行时需要知道确切类型信息的操作都将无法工作。例如:

代码六：

public class Hold3<T> {
        private T obj;
        //编译错误
        //private T[] array=new T[1024];
        //private T t=new T();
        public Hold3(T obj) {
            this.obj = obj;
        }
    
        public T getObj() {
            return obj;
        }
    
        public void setObj(T obj) {
            this.obj = obj;
        }
        //程序猿技术
        public static void main(String[] args)
        {
    
        }
    }

上面代码中，我们无法使用T来创建数组和对象。显然，你无法确定用于替换T后的类型是否可以被实例化，或者有这样的构造器。如果代码中真的想要使用泛型数组，内部代码可以使用ArrayList替换一般的数组。同样，很多人喜欢使用在代码内部使用Class<T>,然后使用Class对象的方法newInstance()用于获取实例，需要注意的是，你无法确定替换泛型参数的类是否具有无参构造函数。在使用泛型时，你需要时刻替换自己，这个无界泛型参数在编译时用Object替换。

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边界与通配符

![d3hfZm10PXBuZw][]

原生类型即T，在编译期间被编译器被擦除后，被替换为Object。接下来我们将会看到一段令人费解的代码:

代码七：

public static void main(String[] args) {
        //程序猿技术
      List<Number> numbers=new ArrayList<Number>();
      List<Integer> integers=new ArrayList<Integer>();
      //编译出错
      //numbers=integers;
        //numbers=new ArrayList<Integer>();
    }

Number类是Integer类基类，按照一般的理解，numbers应该可以指向Integer的ArrayList。我们需要这样理解，numbers表示持有Number对象的容器，integers表示持有Integer对象的容器；numbers可以指向Number和其子类的容器，integers只想Integer及其子类的容器。诚然,numbers包含integers在内，但是它不是一个Integer的List，它仍然是Number的List。

其实，真正的问题是我们谈论的是容器，并不是容器持有的类型。编译时和运行时系统并不知道你想什么，以及类型的转换规则是怎么样的，所以如果让上面的代码合法，这里需要引入规则，告诉编译时和运行时系统应该遵守什么样的规则。

代码八：

List<? extends Number> arrays=new ArrayList<Integer>();

/**
    arrays.add(10);
    arrays.add(1L);
    arrays.add(23.45f);
    arrays.add('h');**/

这里，我们使用通配符?同时限制了arrays持有对象的上界，在擦除时，表示替换的必须是Number的子类。然而，新的问题以后来了，尽管这段代码是没有问题的，但是在向容器中添加元素时，你无法添加Number子类实例。这时你才发现并不如我们想的那样，即使添加Integer类，也无法添加。其实，我们无法确定arrays指向那个持有Number子类的容器，因为有可能我们指向持有Long的容器也有可能指向持有Double的容器，尽管在这两种类型可能不会产生类型转换异常，但是如果程序员不规范的使用，可能就会产生安全性问题。

那么，假设我们需要使容器添加Integer类型，我们应该如何做呢？这里就引入了超类型通配符，定义了下边界。

代码九：

List<? super Integer>  arrays=new ArrayList<Integer>();
    arrays.add(10);
    /**
    arrays.add(1L);
    arrays.add(23.45f);
    arrays.add('h');**/

在更改之后，arrays容器中至少能添加Integer类型。但是对于Long，Doubler，Character等类型，依然不能添加，因为它们均不是Integer的类型。

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