【Java】泛型的理解与使用，包装类

待我称王封你为后i 2023-09-27 09:27 60阅读 0赞

![在这里插入图片描述][078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif_pic_center]✨**博客主页:**[ **XIN-XIANG荣**][_XIN-XIANG]  
✨**系列专栏:**[**【Java SE】**][Java SE]  
✨**一句短话:** **难在坚持,贵在坚持,成在坚持!**

#### 文章目录 ####

*  一. 引出泛型
 *  二. 泛型类
 *   *  1. 泛型类的语法
     *  2. 泛型类的使用
     *  3. 裸类型(Raw Type)
 *  三. 泛型是如何编译的
 *   *  1. 擦除机制
     *  2. 不能实例化泛型类数组的原因
 *  五. 泛型方法
 *  六. 泛型的上界
 *  七. 通配符
 *   *  1. 介绍
     *  2. 通配符上界
     *  3. 通配符下界
 *  八. 包装类
 *   *  1. 介绍
     *  2. 与基本数据类型的转化
     *  3. 常用方法和常量
     *  4. 基本类型与包装类型的异同
     *  5. 一道面试题

## 一. 引出泛型 ##

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。如果要编写可以应用于多种类型的 代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍。

**泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现参数化。**

我们知道所有类的父类，默认为Object类，那么我们可以实现数组的类型为Object；此时数组中可以存放任意类型的数据，看下面给出的代码：

class MyArray {
        
        public Object[] array = new Object[10];
        public Object getPos(int pos) {
        
            return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,Object val) {
        
            this.array[pos] = val;
        }
    }
    public class TestDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            MyArray myArray = new MyArray();
            //存放整形
            myArray.setVal(0,10);
            //字符串也可以存放
            myArray.setVal(1,"hello");
            //也可以存放char，float,自定义类型……
            //编译报错，这里是向下转型，需要进行强制类型转换
            String ret = myArray.getPos(1);
            System.out.println(ret);
        }
    }

上面的代码存在两个问题，可以想象如果在实际开发中写出这样的代码，对于代码的维护是非常不友好的；

1.  任何类型数据都可以存放
2.  1号下标本身就是字符串，但是确编译报错；必须进行强制类型转换

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种或几种数据类型；而不是同时持有这么多类型。

所以，**泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象，让编译器去做检查**；此时，就需要把类型，作为参数传递；需要什么类型，就传入什么类型。

## 二. 泛型类 ##

### 1. 泛型类的语法 ###

**【语法】**

类名后的`<T>`代表占位符，表示当前类是一个泛型类，T是形参，用来接收传入的数据类型(实参)。

class 泛型类名称<类型形参列表> {
        
    // 这里可以使用类型参数
    }
    
    class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
        
    }
    class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
        
    // 这里可以使用类型参数
    }
    
    class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
        
    // 可以只使用部分类型参数
    }

【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

*  E 表示 Element
 *  K 表示 Key
 *  V 表示 Value
 *  N 表示 Number
 *  T 表示 Type
 *  S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

使用泛型就可以解决1中的问题，将1中的代码改写如下：

class MyArray<T> {
        
        //不能实例化泛型类的数组
        public T[] array = (T[])new Object[10];//1
        public T getPos(int pos) {
        
            return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
        
            this.array[pos] = val;
        }
    }
    
    public class TestDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //类型参数化，指定要放入的数据的类型
            MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2
            myArray.setVal(0,10);
            myArray.setVal(1,12);
            //不需要自己去实现强转
            int ret = myArray.getPos(1);//3
            System.out.println(ret);
            //编译错误，会进行类型检查
            //myArray.setVal(2,"bit");//4
        }
    }

**【注意事项】：**

1.  注释1处，不能new泛型类型的数组，下面给出的写法是错误的

T[] ts = new T[5];//是不对的

1.  注释2处，类型后加入指定当前类型(实参)，**要注意的是这里的类型不能是基本数据类型，只能是类类型（具体的一个类）**。
2.  注释3处，不需要进行强制类型转换，泛型会自动进行强转。
3.  注释4处，代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查，当存放的元素与指定的类型不符时就会编译报错。

### 2. 泛型类的使用 ###

**【语法】**

// 定义一个泛型类引用
    泛型类<类型实参> 变量名; 
    // 实例化一个泛型类对象
    new 泛型类<类型实参>(构造方法实参);

**【代码示例】**

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

**注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！**

**【类型推导】(Type Inference)**

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); 
    // 可以推导出实例化需要的类型实参为 String

**【小结】**

1.  泛型是将数据类型参数化，进行传递
2.  使用表示当前类是一个泛型类。
3.  泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换

### 3. 裸类型(Raw Type) ###

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，下面给出的就是一个裸类型

class MyArray<T> {
        
        //……
    }
    //裸类型
    MyArray list = new MyArray();

裸类型并没有传递类型给形参，此时编译器也就不会自动进行类型检查和强制类型转换

**所以我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制**

## 三. 泛型是如何编译的 ##

### 1. 擦除机制 ###

在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：**擦除机制**；

Java的泛型机制是在编译期间实现的，编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

![img][]

![img][img 1]

### 2. 不能实例化泛型类数组的原因 ###

上面已经提到过，泛型类数组是不能直接进行实例化的，去new一个泛型类的数组编译是通不过的

T[] ts = new T[5];

![img][img 2]

因为对于Java的数组来说，在编译时必须知道它持有的所有对象的具体类型，也就是说要实例化T类型的数组，编译器在编译时需要获得T类型；但我们知道泛型是具有擦除机制的，T类型在编译时会被擦除掉，此时也就不存在所谓的泛型了，自然也就无法进行实例化了；所以编译会报错。

**我们可以通过反射去实现泛型的实例化：**

class MyArray<T> {
        
        public T[] array;
        public MyArray() {
        
        }
        
        /**
         * 通过反射创建，指定类型的数组
         * @param clazz 指定类型
         * @param capacity 指定容量
         */
        public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {
        
            array = (T[]) Array.newInstance(clazz, capacity);
        }
        
        public T getPos(int pos) {
        
            return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
        
            this.array[pos] = val;
        }
        public T[] getArray() {
        
            return array;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);
            Integer[] integers = myArray1.getArray();
        }
    }

## 五. 泛型方法 ##

**【语法】**

方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表){
        
        //...
    }

【定义示例】

public class Util {
        
        //静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
        public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
        
            E t = array[i];
            array[i] = array[j];
            array[j] = t;
        }
    }

【使用示例】

不使用类型推导

Integer[] a = {
         ... };
    Util.<Integer>swap(a, 0, 9);
    
    String[] b = {
         ... };
    Util.<String>swap(b, 0, 9);

使用类型推导

Integer[] a = {
         ... };
    swap(a, 0, 9);
    
    String[] b = {
         ... };
    swap(b, 0, 9);

## 六. 泛型的上界 ##

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

**【语法】**

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
        
       //...
    }

泛型的的上界可以是类，也可以是接口；

上界为类，那么实参必须为上界的子类或者上界本身

//只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参
    public class MyArray<E extends Number> {
        
        //...
    }
    
    MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
    MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

上界为接口，那么实参必须是实现了该接口的类

//E必须是实现了Comparable接口的
    public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
        
        //...
    }

**【使用实例】**

创建两个Person对象，并以其中的age属性进行比较

Person实现了Comparable接口，设置比较方法所在类的泛型上界为Comparable，可以将比较方法设置为实例方法或者是静态方法

class Person implements Comparable<Person>{
        
    
        public int age;
    
        public Person(int age) {
        
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public int compareTo(Person o) {
        
            return this.age-o.age;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return "Person{" +
                    "age=" + age +
                    '}';
        }
    }
    
    class Alg1<T extends Comparable<T>> {
        
        //实例泛型方法，在类的泛型处设置上界
        public T findMax (T[] array) {
        
            T max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
        
                if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
        
                    max = array[i];
                }
            }
            return max;
        }
    }
    class Alg2 {
        //类名处不设置泛型
        //实例泛型方法，在方法处设置泛型和上界
        public <T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) {
        
            T max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
        
                //if(max < array[i]) {
        
                if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
        
                    max = array[i];
                }
            }
            return max;
        }
    }
    class Alg3{
        
        //静态泛型方法
        //不依赖对象，必须在方法处设置上界
        public static<T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) {
        
            T max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
        
                if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
        
                    max = array[i];
                }
            }
            return max;
        }
    }
    
    
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Person[] people = {
        new Person(10),new Person(15)};
    
            //Alg1<Person> alg = new Alg1<>();
            //Person person = alg.findMax(people);
    
            Alg2 alg = new Alg2();
            Person person = alg.findMax(people);
    
            //Person person = Alg3.findMax(people);
    
            System.out.println(person);
        }
    }

注意观察上面的代码，上面的代码给泛型设置了上界Comparable，此时可以将两个Person对象进行比较，但如果没有设置上界Comparable，泛型在编译时就会被擦除为Object，而**Object是没有实现Comparable接口的**，无法进行比较功能；所以这里设置了上界，擦除时会擦除为Comparable类型

![img][img 3]

## 七. 通配符 ##

### 1. 介绍 ###

`?`用于在泛型的使用，即为通配符

**通配符是用来解决泛型无法协变的问题的**，协变指的就是如果 Student 是 Person 的子类，那么 List< Student > 也应 该是 List< Person >的子类。但是泛型是不支持这样的父子类关系的。

泛型 T 是确定的类型，一旦你传了我就定下来了，而通配符则更为灵活或者说是不确定，更多的是用于扩充参数的范围.

观察下面的代码fun方法，

class Message<T> {
        
        private T message ;
        public T getMessage() {
        
            return message;
        }
        public void setMessage(T message) {
        
            this.message = message;
        }
    }
    
    public class TestDemo1 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Message<Integer> message = new Message() ;
            message.setMessage(99);
            fun(message); // 出现错误，只能接收String
        }
        public static void fun(Message<String> temp){
        
            System.out.println(temp.getMessage());
        }
    }

解决上述问题只需要修改fun方法<>中的参数为通配符即可；要注意这里使用通配符后可以获取元素；但不可以修改元素，因为传入的类型是未知的，无法确定要放入的是什么类型的元素。

// 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型，
    //但是由于不确定类型，所以去无法修改数组当中的内容
    public static void fun(Message<?> temp){
        
        //temp.setMessage(100); 无法修改！
        System.out.println(temp.getMessage());
    }

### 2. 通配符上界 ###

? extends 类：设置泛型上限

**【语法】**

<? extends 上界>
    <? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类

**通配符的上界，不能进行写入数据，只能进行读取数据。**

![img][img 4]代码示例：

class Food {
        
    }
    class Fruit extends Food {
        
        //...
    }
    class Apple extends Fruit {
        
        //...
    }
    class Banana extends Fruit {
        
        //...
    }
    class Plate<T> {
        
        private T plate ;
    
        public T getPlate() {
        
            return plate;
        }
    
        public void setPlate(T plate) {
        
            this.plate = plate;
        }
    }
    public class TestDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Plate<Fruit> plate1 = new Plate<>();
            plate1.setPlate(new Fruit());
            fun(plate1);
    
            Plate<Food> plate2 = new Plate<>();
            plate2.setPlate(new Food());
            
            //编译报错，fun上界为Fruit，不能接收Fruit的父类
            //fun(plate2);
        }
        
        public static void fun(Plate<? extends Fruit> temp) {
        
            //编译报错，不能修改
            //temp.setPlate(new Apple());
            
            //可以访问
            Fruit fruit = temp.getPlate();
        }
    }

观察上面的代码，无法在fun方法中对temp进行修改元素，因为temp接收的是Fruit和他的子类，此时存储的元素应该是哪个子类无法确定；所以修改会报错！但是可以获取元素。

### 3. 通配符下界 ###

? super 类：设置泛型下限

**【语法】**

<? super 下界>
    <? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

**通配符的下界，不能进行读取数据，只能写入数据。**

![img][img 5] 代码示例：

public class TestDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Plate<Apple> plate1 = new Plate<>();
            plate1.setPlate(new Apple());
            //fun(plate1);//编译报错
    
            Plate<Food> plate2 = new Plate<>();
            plate2.setPlate(new Food());
            fun(plate2);
        }
        public static void fun(Plate<? super Fruit> temp){
        
            //可以存放Fruit本身或者其子类
            temp.setPlate(new Apple());
            temp.setPlate(new Banana());
    
            //编译报错，不能存放Fruit的父类
            temp.setPlate(new Food());
            
            //不能取数据，因为无法知道取出的父类的类型是什么？
            //Fruit fruit = temp.getPlate();//编译报错  
        }
    }

观察上面的代码，fun方法中不能获取元素，因为通配符接收的是Fruit的父类，无法获知获取到的是哪个父类型的元素；但是可以存放元素（向上转型是没有问题的）。

## 八. 包装类 ##

### 1. 介绍 ###

在Java中，由于基本类型不是继承自Object，也就是说基本数据类型是不具有对象特征的，它们不能像对象一样拥有属性和方法，以及对象化交互。

为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了 一个包装类型；通过包装类可以让基本数据类型获取和对象一样的特征，行使对象相关的权力。

**除了 Integer 和 Character， 其余基本类型的包装类都是首字母大写**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>基本数据类型</th> 
   <th>包装类</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>byte</td> 
   <td>Byte</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>Short</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>Integer</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>Long</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>Float</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>Double</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>Character</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean</td> 
   <td>Boolean</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**【作用】**

*  作为和基本数据类型对应的类类型存在，方便涉及到对象的操作
 *  提供每种基本数据类型的相关属性如最大值、最小值等以及相关的操作方法

### 2. 与基本数据类型的转化 ###

**装箱：**

*  把基本数据类型转换成包装类，分为自动装箱和手动装箱

**拆箱：**

*  把包装类转换成基本数据类型，分为自动拆箱和手动拆箱

**【代码示例】**

//装箱：把基本数据类型转换成包装类
    //1、自动装箱
    int i = 10;
    Integer ii = i;
    Integer ij = (Integer)i;
    //2、手动装箱：使用构造方法
    //新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
    int i = 10;
    Integer ii = Integer.valueOf(i);
    Integer ij = new Integer(i);
    
    //拆箱：把包装类转换成基本数据类型
    //1、自动拆箱
    int j = ii; 
    int k = (int)ii;
    //2、手动拆箱：使用intValue方法
    int j = ii.intValue();

### 3. 常用方法和常量 ###

`intValue()`：包装类转为int类型  
`valueOf()`：int类型转包装类  
`parseInt()`：字符串转int类型  
`toString()`：包装类转为字符串  
与其他进制的转换：

`toHexString()`：十六进制

`toOctalString()`：八进制

`toBinaryString()`：二进制

**MAX\_VALUE** : 表示int型可取的最大值  
**MIN\_VALUE** : 表示int型可取的最小值

### 4. 基本类型与包装类型的异同 ###

1.  在Java中，一切皆对象，但八大基本类型对象。
2.  声明方式不同，基本类型无需通过new关键字来创建，而包装类型需new关键字。
3.  存储方式及位置不同，基本类型是直接存储变量的值保存在栈中能高效的存取，包装类型需要通过引用指向实例，具体的实例保存在堆中。
4.  初始值不同，包装类型的初始值为null，基本类型比如int类型的初始值为0
5.  使用方式不同，比如泛型中基本数据类型只能使用包装类

### 5. 一道面试题 ###

**下列代码输出什么，为什么？**

public static void main(String[] args) {
        
            Integer a = 127;
            Integer b = 127;
            Integer c = 128;
            Integer d = 128;
            System.out.println(a == b);
            System.out.println(c == d);
        }

**执行结果：**

![img][img 6]

**分析：**

代码中是将int类型的数据转化为Intgetr类型的数据（装箱），这里虽然是自动装箱，但在底层一定是调用了`valueOf()`实现的装箱；那么这里我们就观察一些Integer类中 alueOf() 方法的源码

![img][img 7]

![img][img 8]

可以看到在源码中当数剧的值在 **\[low, high\]（\[-128，127\] 源码中可以看到low和high的值为-128和127）** 范围内时是直接返回cache数组中的元素的，题目中的 a和b 对应值都为127，在范围内，所以拿到的是数组中的同一个元素，引用自然是相同的；

而c和d对应值为128，不在范围内，源码中可以看到此时是新new了一个Intgetr对象返回；两个不同的对象，引用自当是不等的。

[078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif#pic_center
[_XIN-XIANG]: https://blog.csdn.net/Trong_?spm=1000.2115.3001.5343
[Java SE]: https://blog.csdn.net/trong_/category_11933690.html?spm=1001.2014.3001.5482
[img]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/eb8217071d158093de3338fad459aa3f.png
[img 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ce04c3a3493e8edd6b7f7dcadbd6078b.png
[img 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/735d07ed67d467e7acf42a2e5b75ba8e.png
[img 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/41d937c3c473f1a7ad332ae95d8fa926.png
[img 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ad6631415fae7dc0441c8cd0d41064c3.png
[img 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/1d266593b07cc7813736a4446f248fc6.png
[img 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/8e666169da43916b0da5cb8c53f2e119.png
[img 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/b3a0d20dd375db3437c7da48f9bdaa61.png
[img 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/06d56c197141aee47a59439fb1ea3d82.png