Java数据结构基础——泛型、通配符

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-10-10 14:57 65阅读 0赞

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> 作者：敲代码の流川枫
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**文章目录**

1. 泛型概念

泛型的引出

2. 泛型语法

3. 泛型的使用

类型推导(Type Inference)

裸类型(Raw Type)

4. 泛型的擦除机制

5. 泛型的上界

6. 泛型方法

7. 通配符

通配符上界

通配符下界

--------------------

## 1. 泛型概念 ##

泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化

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。 ——《Java编程思想》

### 泛型的引出 ###

实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值

可以将数组定义为Object类，因为所有类默认继承于这个类

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            MyArray myArray = new MyArray();
            myArray.setVal(0,10);
            myArray.setVal(1, "s");//字符串也可以存放
            myArray.setVal(2,10.3);
            //String ret = myArray.getPos(1);//编译报错
            String ret = (String) myArray.getPos(1);
            System.out.println(ret);
        }
    }
    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;
        }
    }

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//String ret = myArray.getPos(1);//编译报错
            String ret = (String) myArray.getPos(1);
            System.out.println(ret);

这里我们看到发生了向下转型，需要手动强制类型转换才可以，这样数据很多的时候就会很麻烦

使用Object数组的缺点有二，存放元素时可以存放任何类型的元素，再者，取出元素的时候需要手动强转

此时泛型就解决了这些问题，它将类型参数化了

## 2. 泛型语法 ##

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
    }

> 注意：
> 
> 1. 类名后的 <T> 代表占位符，表示当前类是一个泛型类
> 
> 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
> 
> 2. 不能new 泛型类型的数组
> 
>     T[] ts = new T[5];//是不对的
> 
> 3.<>里必须是类类型，不能是简单类型

我们将上述代码改写:

class MyArray<T> {
        public T[] array = (T[]) new Object[10];
        public T getPos(int pos) {
            return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
            this.array[pos] = val;
        }
    }

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            MyArray<Integer> myArray = new MyArray<Integer>();
            myArray.setVal(0,10);
            myArray.setVal(1, "s");//报错
            myArray.setVal(2,10.3);//报错
            int a = myArray.getPos(0);//不用强转
            System.out.println(a);
            MyArray<String> myArray1 = new MyArray<String>();
            myArray1.setVal(0,"hello");
            myArray1.setVal(1,"world");
            String b = myArray1.getPos(0);//不用强转
            System.out.println(b);
        }
    }

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**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**

> 泛型存在的意义：
> 
> **1.在存放类型的时候会进行类型的检查**
> 
> **2.取出元素的时候会自动强制类型转换**
> 
> 注意：泛型时在编译的时候的一种机制，在运行时是没有泛型的概念的

## 3. 泛型的使用 ##

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

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

### 类型推导(Type Inference) ###

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
    
            MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();
    
            myArray.setVal(0,10);
            int a = myArray.getPos(0);//不用强转
            System.out.println(a);
    
            MyArray<String> myArray1 = new MyArray<>();
    
            myArray1.setVal(0,"hello");
            myArray1.setVal(1,"world");
            String b = myArray1.getPos(0);//不用强转
            System.out.println(b);
        }
    }

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> myArray = new MyArray<>();
    
        MyArray<String> myArray1 = new MyArray<>();

### 裸类型(Raw Type) ###

裸类型是一个泛型类型，但是没有实参，取值是还是要强转

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注意： 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

## 4. 泛型的擦除机制 ##

**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**

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getPos中返回值为T，被替换为Object，setVal中返回值为空，即V，val参数类型被替换为Object

先根据你制定了类型进行检查和转换，在编译的时候把T都擦除成了Object

因此，Java的泛型机制是在编译级别实现的。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

## 5. 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> {
            //...
    }

示例

public class MyArray<E extends Number> {
            //...
    }

只接受 Number 的子类型作为 E 的类型，实参没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();
            MyArray<Float> myArray1 = new MyArray<>();
            MyArray<Double> myArray2 = new MyArray<>();
        }
    }
    class MyArray<E extends Number> {
    }

## 6. 泛型方法 ##

静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数

class Util {
        public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
            E t = array[i];
            array[i] = array[j];
            array[j] = t;
        }
    }

<E>是泛型的形参，void是返回值，可以直接通过类名.来调用，不用new

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非静态

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## 7. 通配符 ##

看一个例子：

class Message<T> {
        private T message ;
        public T getMessage() {
    return message;
    }
        public void setMessage(T message) {
    this.message = message;
    }
    }
    public class TestDemo {
        public static void main(String[] args) {
        Message<String> message = new Message() ;
        message.setMessage("hello");
        fun(message);
        Message<Integer> message1 = new Message() ;
        message1.setMessage(10);
        fun(message1);//报错
        }
        public static void fun(Message<String> temp){
            System.out.println(temp.getMessage());
        }
    }

报错原因是fun方法只能接收Message<String>类型的参数，而传入的是Message<Integer>类型的参数

> 接下来我们体会通配符的作用

public static void fun(Message<?> temp){
            System.out.println(temp.getMessage());
     }

此时不再报错

通配符可以接收所有的泛型类型，但是又不能够让用户随意修改

public class TestDemo {
        public static void main(String[] args) {
            Message<Integer> message = new Message() ;
            message.setMessage(55);
            fun(message);
        }
        // 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，所以无法修改
        public static void fun(Message<?> temp){
            temp.setMessage(100); //无法修改！
            System.out.println(temp.getMessage());
        }
    }

### 通配符上界 ###

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

class Food {
    
    }
    class Fruit extends Food {
    
    }
    class Apple extends Fruit {
    
    }
    class Banana extends Fruit {
    
    }
    class Message<T> { // 设置泛型上限
        private T message ;
        public T getMessage() {
            return message;
        }
        public void setMessage(T message) {
            this.message = message;
        }
    }
    public class TestDemo {
        public static void main(String[] args) {
            Message<Apple> message = new Message<>() ;
            message.setMessage(new Apple());
            fun(message);
            Message<Banana> message2 = new Message<>() ;
            message2.setMessage(new Banana());
            fun(message2);
        }
        // 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，所以无法修改
        public static void fun(Message<? extends Fruit> temp){
        //temp.setMessage(new Banana()); //无法修改！
        //temp.setMessage(new Apple()); //无法修改！
            System.out.println(temp.getMessage());
        }
    }

此时无法在fun函数中对temp进行添加元素，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。所以添加会报错，但是可以获取元素

public static void fun(Message<? extends Fruit> temp){
        //temp.setMessage(new Banana()); //无法修改！
        //temp.setMessage(new Apple()); //无法修改！
        Fruit b = temp.getMessage();
        System.out.println(b);
    }

通配符的上界，不能进行写入数据，只能进行读取数据

### 通配符下界 ###

<? 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

看一个例子

class Food {
    }
    class Fruit extends Food {
    }
    class Apple extends Fruit {
    }
    class Message<T> {
        private T message ;
        public T getMessage() {
            return message;
        }
        public void setMessage(T message) {
            this.message = message;
        }
    }
    public class TestDemo {
        public static void main(String[] args) {
    
            Message<Fruit> message = new Message<>() ;
            message.setMessage(new Fruit());
            fun(message);
    
            Message<Food> message2 = new Message<>() ;
            message2.setMessage(new Food());
            fun(message2);
    
            Message<Apple> message1 = new Message<>();
            fun(message1);//报错
        }
    
        //temp 接收Fruit及其子类的一个Message
        public static void fun(Message<? super Fruit> temp){
    
            // 此时可以修改 添加的是Fruit 或者Fruit的子类
            temp.setMessage(new Apple());//这个是Fruit的子类
            temp.setMessage(new Fruit());//这个是Fruit的本身
    
            //Fruit fruit = temp.getMessage(); 不能接收，这里无法确定是哪个父类
    
            System.out.println(temp.getMessage());//只能直接输出
        }
    }

![757f7762590f495d8cf4234e562d1069.png][]

> **通配符的下界，不能进行读取数据，只能写入数据**
> 
> **因为无法确定是哪个父类**

![705506833d2e4d45be525393478a1963.png][]

> **说明可以传入的实参的类型必须是Fruit或者Fruit的父类类型**

> “ 本期的分享就到这里了， 记得给博主一个三连哈，你的支持是我创作的最大动力！

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