java 中泛型的原理以及应用场景

小鱼儿 2022-06-08 13:06 217阅读 0赞

Java从1.5之后支持泛型，泛型的本质是参数化类型，也就是说所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、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

入不支持泛型，则表现为支持Object，不是特定的泛型。

泛型是对 Java 语言的类型系统的一种扩展，以支持创建可以按类型进行参数化的类。可以把类型参数看作是使用参数化类型时指定的类型的一个占位符，就像方法的形式参数是运行时传递的值的占位符一样。

可以在集合框架中看到泛型的动机。例如，List类允许您向一个 List添加任意类的对象，即使最常见的情况List.add()。  
因为 list.get() 被定义为返回 Object，所以一般必须将 list.get() 的结果强制类型转换为期望的类型，如下面的代码所示：  
  
List list = new ArrayList();  
list .add("obj");  
String s = (String) list.get(0);  
  
要让程序通过编译，必须将 get() 的结果强制类型转换为 String，并且希望结果真的是一个 String。但是有可能某人已经在该映射中保存了不是 String 的东西，这样的话，上面的代码将会抛出 ClassCastException。  
理想情况下，您可能会得出这样一个观点，即 list 是一个 List，它将 String 键映射到 String 值。

**泛型可以消除代码中的强制类型转换，同时获得一个附加的类型检查层，该检查层可以防止有人将错误类型的键或值保存在集合中。这就是泛型所做的工作。**

**泛型的好处**

Java 语言中引入泛型是一个较大的功能增强。不仅语言、类型系统和编译器有了较大的变化，以支持泛型，而且类库也进行了大翻修，所以许多重要的类，比如集合框架，都已经成为泛型化的了。

这带来了很多好处：  
  
**1，类型安全。** 泛型的主要目标是提高 Java 程序的类型安全。通过知道使用泛型定义的变量的类型限制，编译器可以在一个高得多的程度上验证类型假设。

没有泛型，这些假设就只存在于程序员的头脑中（或者如果幸运的话，还存在于代码注释中）。

**2，消除强制类型转换。** 泛型的一个附带好处是，消除源代码中的许多强制类型转换。这使得代码更加可读，并且减少了出错机会。

**3，潜在的性能收益。** 泛型为较大的优化带来可能。在泛型的初始实现中，编译器将强制类型转换（没有泛型的话，程序员会指定这些强制类型转换）插入生成的字节码中。

但是更多类型信息可用于编译器这一事实，为未来版本的 JVM 的优化带来可能。由于泛型的实现方式，支持泛型（几乎）不需要 JVM 或类文件更改。

所有工作都在编译器中完成，编译器生成类似于没有泛型（和强制类型转换）时所写的代码，只是更能确保类型安全而已。

Java语言引入泛型的好处是安全简单。泛型的好处是在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，提高代码的重用率。

泛型在使用中还有一些规则和限制：  
    1、泛型的类型参数只能是类类型（包括自定义类），不能是简单类型。  
    2、同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。  
    3、泛型的类型参数可以有多个。  
    4、泛型的参数类型可以使用extends语句，例如<T extends superclass>。习惯上称为“有界类型”。  
    5、泛型的参数类型还可以是通配符类型。例如Class<?> classType = Class.forName(Java.lang.String);  
    泛 型还有接口、方法等等，内容很多，需要花费一番功夫才能理解掌握并熟练应用。在此给出我曾经了解泛型时候写出的两个例子（根据看的印象写的），实现同样的 功能，一个使用了泛型，一个没有使用，通过对比，可以很快学会泛型的应用，学会这个基本上学会了泛型70%的内容。

泛型的使用场景

## 通配符 ##

在开发中对象的引用传递是最常见的，但是在泛型操作中，进行引用传递的时候泛型必须匹配才可以传递，否则无法传递。

class Info<T> {
        private T var; // 定义泛型变量 
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public T getVar() {
            return this.var;
        }
    
        public String toString() {
            // 直接打印 
    
            return this.var.toString();
        }
    };
    
    public class GenericsDemo14 {
        public static void main(String args[]) {
            Info<String> i = new Info<String>(); // 使用String为泛型类型 
            i.setVar("MLDN"); // 设置内容  
            fun(i);
        }
    
        public static void fun(Info<?> temp) { // 可以接收任意的泛型对象 
            System.out.println("内容：" + temp);
        }
    }

使用？可以接受任意类型的数据，却无法进行修改，？w为通配符。

## 受限泛型 ##

class Info<T> {
        private T var; // 定义泛型变量
    
        public T getVar() {
            return var;
        }
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public String toString() { // 直接打印
            return var.toString();
        }
    }
    
    public class GenericsDemo17 {
        /**
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            // TODO Auto-generated method stub
            Info<Integer> info1 = new Info<Integer>(); // 声明Integer的泛型对象
            Info<Float> info2 = new Info<Float>(); // 声明Float的泛型对象
            Info<String> info3 = new Info<String>();
            info1.setVar(30); // 设置整数，自动装箱
            info2.setVar(30.1F); // 设置小数，自动装箱
            info3.setVar("俺是字符串，不能被受限的FUN组装");
            fun(info1);
            fun(info2);
            // fun(info3); //受限了，不能调用这个
        }
    
        /**
         *  只能接收Number及其Number的子类
         * * @param temp
         */
        public static void fun(Info<? extends Number> temp) { 
                System.out.println("内容：" + temp);
            }
        }

不仅仅在使用过程中，也可以在定义类的时候指定泛型上限：

class Info<T extends Number> {   // 此处泛型只能是数字类型 
        private T var; // 定义泛型变量 
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public T getVar() {
            return this.var;
        }
    
        public String toString() { // 直接打印 
            return this.var.toString();
        }
    };
    
    public class GenericsDemo19 {
        public static void main(String args[]) {
            Info<Integer> i1 = new Info<Integer>(); // 声明Integer的泛型对象  
        }
    };

如果设置成String类型就会出现错误：

GenericsDemo20.java:15: 类型参数 java.lang.String 不在其限制范围之内 
    Info<String> i1 = new Info<String>() ; // 声明Integer的 泛型对象

String 不是Number的子类，最高不能超过Number的子类。

## 设置下限 ##

泛型适用于本类以及父类类型上的时候，必须使用泛型下限。

如下只能接受String以及String的父类。最低不能接受Stirng类及其父类以外的类。

class Info<T> {
        private T var; // 定义泛型变量 
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public T getVar() {
            return this.var;
        }
    
        public String toString() { // 直接打印 
            return this.var.toString();
        }
    };
    
    public class GenericsDemo21 {
        public static void main(String args[]) {
            Info<String> i1 = new Info<String>(); // 声明String的泛型对象 
            Info<Object> i2 = new Info<Object>(); // 声明Object的泛型对象
            i1.setVar("hello");
            i2.setVar(new Object());
            fun(i1);
            fun(i2);
        }
    
        public static void fun(Info<? super String> temp) { // 只能接收String或Object类型的泛型 
            System.out.print(temp + "、");
        }
    };

**注意：子类无法使用父类的泛型类型进行接受。**

就会爆如下错误：

GenericsDemo23.java:17: 不兼容的类型 找到： Info<java.lang.String> 需要： Info<java.lang.Object> i2 = i1 ;

## 泛型接口：  ##

在jdk1.5以后，不仅仅可以声明泛型类，也可以声明泛型接口，泛型接口很类似泛型类：

**访问权限 +interface +接口名称 + <泛型标示>\{\}**

## 泛型接口实现的两种方式 ##

1：

interface Info<T> {        // 在接口上定义泛型
        public T getVar();    // 定义抽象方法，抽象方法的返回值就是泛型类型 
    }
    
    class InfoImpl implements Info<String> { // 定义泛型接口的子类 
        private String var; // 定义属性 
    
        public InfoImpl(String var) { // 通过构造方法设置属性内容 
            this.setVar(var);
        }
    
        public void setVar(String var) {
            this.var = var;
        }
    
        public String getVar() {
            return this.var;
        }
    }
    
    ;
    
    public class GenericsDemo {
        public static void main(String arsg[]) {
            Info i = null; // 声明接口对象 
            i = new InfoImpl("soyoungboy"); // 通过子类实例化对象 
            System.out.println("内容：" + i.getVar());
        }
    };

2：

interface Info<T> { // 在接口上定义泛型 
        public T getVar(); // 定义抽象方法，抽象方法的返回值就是泛型类型 
    } 
    
        class InfoImpl<T> implements Info<T> { // 定义泛型接口的子类 
            private T var; // 定义属性 
    
            public InfoImpl(T var) { // 通过构造方法设置属性内容 
                this.setVar(var);
            }
    
            public void setVar(T var) {
                this.var = var;
            }
    
            public T getVar() {
                return this.var;
            }
        }
    
        ;
    
        public class GenericsDemo {
            public static void main(String arsg[]) {
                Info<String> i = null; // 声明接口对象 
                i = new InfoImpl<String>("soyoungboy"); // 通过子类实例化对象 
                System.out.println("内容：" + i.getVar());
            }
        }

## 泛型方法： ##

泛型方法定义：

访问权限 +<泛型标示>+泛型标示 方法名称（泛型标示 参数名称）

class Demo {
        public <T> T fun(T t) { // 可以接收任意类型的数据 
            return t; // 直接把参数返回  
        }
    }
    
    public class GenericsDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Demo d = new Demo(); // 实例化Demo对象 
            String str = d.fun("soyoungboy"); // 传递字符串 
            int i = d.fun(30); // 传递数字，自动装箱 
            System.out.println(str); // 输出内容 
            System.out.println(i); // 输出内容  
        }
    }

## 通过泛型方法返回泛型类的实例 ##

class Info<T extends Number> { // 指定上限，只能是数字类型 
        private T var; // 此类型由外部决定 
    
        public T getVar() {
            return this.var;
        }
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public String toString() { // 覆写Object类中的toString()方法 
            return this.var.toString();
        }
    };
    
    public class GenericsDemo27 {
        public static void main(String args[]) {
            Info<Integer> i = fun(30);
            System.out.println(i.getVar());
        }
    
        public static <T extends Number> Info<T> fun(T param) {
            Info<T> temp = new Info<T>(); // 根据传入的数据类型实例化Info 
            temp.setVar(param); // 将传递的内容设置到Info对象的var属性之中 
            return temp; // 返回实例化对象  
        }
    }

##  如果同一方法参数使用泛型，应该保证泛型类型一致： ##

class Info<T> { // 指定上限，只能是数字类型 
        private T var; // 此类型由外部决定 
    
        public T getVar() {
            return this.var;
        }
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public String toString() { // 覆写Object类中的toString()方法 
            return this.var.toString();
        }
    };
    
    public class GenericsDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Info<Integer> i1 = new Info<Integer>();
            Info<String> i2 = new Info<String>();
            i1.setVar(30); // 设置内容 
            i2.setVar("aoyoungboy"); // 设置内容  
            add(i1, i2);
        }
    
        public static <T> void add(Info<T> i1, Info<T> i2) {
            System.out.println(i1.getVar() + " " + i2.getVar());
        }
    }

就会产生错误：

泛型】_泛型的其他应用\代码>javac GenericsDemo.java GenericsDemo29.java:19: 
    无法将 GenericsDemo 中的 <T>add(Info<T>,Info<T>) 应用 于 
    (Info<java.lang.Integer>,Info<java.lang.String>) add(i1,i2) ; ^

## 泛型数组 ##

使用泛型方法的时候，也可以传递或者返回一个泛型数组：

public class GenericsDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Integer i[] = fun1(1, 2, 3, 4, 5, 6); // 返回泛型数组  
            fun2(i);
        }
    
        public static <T> T[] fun1(T... arg) { // 接收可变参数 
            return arg; // 返回泛型数组 
        }
    
        public static <T> void fun2(T param[]) { // 输出 
            System.out.print("接收泛型数组：");
            for (T t : param) {
                System.out.print(t + "、");
            }
        }
    };

##  泛型嵌套： ##

class Info<T, V> { // 接收两个泛型类型 
        private T var;
        private V value;
    
        public Info(T var, V value) {
            this.setVar(var);
            this.setValue(value);
        }
    
        public void setVar(T var) {
            this.var = var;
        }
    
        public void setValue(V value) {
            this.value = value;
        }
    
        public T getVar() {
            return this.var;
        }
    
        public V getValue() {
            return this.value;
        }
    };
    
    class Demo<S> {
        private S info;
    
        public Demo(S info) {
            this.setInfo(info);
        }
    
        public void setInfo(S info) {
            this.info = info;
        }
    
        public S getInfo() {
            return this.info;
        }
    };
    
    public class GenericsDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Demo<Info<String, Integer>> d = null; // 将Info作为Demo的泛型类型 
            Info<String, Integer> i = null; // Info指定两个泛型类型 
            i = new Info<String, Integer>("李兴华", 30); // 实例化Info对象 
            d = new Demo<Info<String, Integer>>(i); // 在Demo类中设置Info类的对象
            System.out.println("内容一：" + d.getInfo().getVar());
            System.out.println("内容二：" + d.getInfo().getValue());
        }
    }