Java中的泛型

更新時間：2021年08月31日 17:27:55 作者：小蝸牛耶

這篇文章主要介紹為何要泛型，如何使用泛型，自定義泛型的方法，泛型類的子類等多方面介紹了JAVA中的泛型，需要的小伙伴請看下文

1. 什么是泛型

泛型不只是 Java 語言所特有的特性，泛型是程序設(shè)計(jì)語言的一種特性。

允許程序員在強(qiáng)類型的程序設(shè)計(jì)語言中編寫代碼時定義一些可變部分，那些部分在使用前必須做出聲明。

Java 中的集合類是支持泛型的，它在代碼中是這個樣子的

代碼中的<Integer>就是泛型，我們把類型像參數(shù)一樣傳遞，尖括號中間就是數(shù)據(jù)類型，我們可以稱之為實(shí)際類型參數(shù)，這里實(shí)際類型參數(shù)的數(shù)據(jù)類型只能為引用數(shù)據(jù)類型。

那么為什么需要泛型呢？

2. 為什么需要泛型

我們在使用ArrayList實(shí)現(xiàn)類的時候，如果沒有指定泛型，IDEA會給出警告，代碼似乎也是可以順利運(yùn)行的。請看如下實(shí)例：

import java.util.ArrayList;

public class testDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add("Hello");
        String str1 = (String) arrayList.get(0);
        System.out.println("str=" + str1);
    }

}

運(yùn)行結(jié)果：

str1=Hello

雖然運(yùn)行時沒有發(fā)生任何異常，但這樣做有兩個缺點(diǎn)：

需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換： 由于ArrayList內(nèi)部就是一個Object[]數(shù)組，在get()元素的時候，返回的是Object類型，所以在ArrayList外獲取該對象，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。其它的Collection、Map如果不使用泛型，也存在這個問題；
可向集合中添加任意類型的對象，存在類型不安全風(fēng)險。例如如下代碼中，我們向列表中既添加了Integer類型，又添加了String類型

package com.caq.oop.demo08;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //實(shí)例化一個空列表
        List arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add(123);
        arrayList.add("sad");
        String str = (String) arrayList.get(0);

    }
}

Exception in thread “main” java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
at com.caq.oop.demo08.Test.main(Test.java:12)

由于我們的“疏忽”，列表第 1 個元素實(shí)際上是整型，但被我們強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為字符串類型，這是行不通的，因此會拋出ClassCastException異常。

使用泛型可以解決這些問題。泛型有如下優(yōu)點(diǎn)：

可以減少類型轉(zhuǎn)換的次數(shù)，代碼更加簡潔；
程序更加健壯：只要編譯期沒有警告，運(yùn)行期就不會拋出ClassCastException異常；
提高了代碼的可讀性：編寫集合的時候，就限定了集合中能存放的類型。

3. 如何使用泛型

3.1 泛型使用

在代碼中，這樣使用泛型：

List<String> list = new ArrayList<String>();
// Java 7 及以后的版本中，構(gòu)造方法中可以省略泛型類型：
List<String> list = new ArrayList<>();
外幣巴伯

要注意的是，變量聲明的類型必須與傳遞給實(shí)際對象的類型保持一致，下面是錯誤的例子：

List<Object> list = new ArrayList<String>();
List<Number> numbers = new ArrayList(Integer);

3.2 自定義泛型類

3.2.1 Java 源碼中泛型的定義

在自定義泛型類之前，我們來看下java.util.ArrayList是如何定義的：

類名后面的<E>就是泛型的定義，E不是 Java 中的一個具體的類型，它是 Java 泛型的通配符（注意是大寫的，實(shí)際上就是Element的含義），可將其理解為一個占位符，將其定義在類上，使用時才確定類型。

此處的命名不受限制，但最好有一定含義，例如java.lang.HashMap的泛型定義為HashMap<K,V>，K表示Key，V表示Value。

3.2.2 自定義泛型類實(shí)例1

下面我們來自定義一個泛型類，自定義泛型按照約定俗成可以叫<T>，具有Type的含義，實(shí)例如下：

實(shí)例演示

package com.caq.List;

public class Generic01<T> {

    private T abc;//定義在類上的泛型，在類內(nèi)部可以使用

    public T getAbc() {
        return abc;
    }

    public void setAbc(T abc) {
        this.abc = abc;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //實(shí)例化對象，指定元素類型為整型
        Generic01<Integer> integerGeneric01 = new Generic01<>();
        //調(diào)用方法
        integerGeneric01.setAbc(100);
        System.out.println("integerGeneric01="+ integerGeneric01.getAbc());

        //實(shí)例化對象，指定元素類型為長類型
        Generic01<Long> longGeneric01 = new Generic01<>();
        longGeneric01.setAbc(200L);
        System.out.println("longGeneric01="+ longGeneric01.getAbc());

        // 實(shí)例化對象，指定元素類型為雙精度浮點(diǎn)型
        Generic01<Double> doubleGeneric01 = new Generic01<>();
        doubleGeneric01.setAbc(300.0);
        System.out.println("doubleGeneric01="+ doubleGeneric01.getAbc());
        
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

integerGeneric01=100
longGeneric01=200
doubleGeneric01=300.0

我們在類的定義處也定義了泛型：Generic01<T>；在類內(nèi)部定義了一個T類型的abc變量，并且為其添加了setter和getter方法。

解釋：對于泛型類的使用也很簡單，在主方法中，創(chuàng)建對象的時候指定T的類型分別為Integer、Long、Double，類就可以自動轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的類型了。

3.2.3 自定義泛型類實(shí)例2

上面我們知道了如何定義含有單個泛型的類，那么對于含有多個泛型的類，如何定義呢？

我們可以看一下HashMap類是如何定義的。如下是 Java 源碼的截圖：

參照HashMap<K,V>類的定義，下面我們來看看如何定義含有兩個泛型的類

package com.caq.List;

public class Generic02<K, V> {//這次是定義兩個泛型在類上

    //定義類型為K的key屬型
    private K key;

    //定義類型為V的value屬型
    private V value;

    //封裝里的知識，通過Getter和Setter方法來設(shè)置和獲取私有屬型的值
    public K getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(K key) {
        this.key = key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(V value) {
        this.value = value;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //實(shí)例化對象，分別指定類型為整型，長整型
        Generic02<Integer, Long> integerLongGeneric02 = new Generic02<>();
        //實(shí)例化對象，分別指定類型為浮點(diǎn)型、字符串類型
        Generic02<Float, String> floatStringGeneric02 = new Generic02<>();

        integerLongGeneric02.setKey(100);
        integerLongGeneric02.setValue(200L);
        System.out.println("key=" + integerLongGeneric02.getKey());
        System.out.println("value=" + integerLongGeneric02.getValue());

        floatStringGeneric02.setKey(0.9f);
        floatStringGeneric02.setValue("巴啦啦能量");
        System.out.println("key=" + floatStringGeneric02.getKey());
        System.out.println("value=" + floatStringGeneric02.getValue());
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

key=100value=200key=0.9value=巴啦啦能量

3.3 自定義泛型方法

前面我們知道了如何定義泛型類，在類上定義的泛型，在方法中也可以使用。下面我們來看一下如何自定義泛型方法。

泛型方法不一定寫在泛型類當(dāng)中。當(dāng)類的調(diào)用者總是關(guān)心類中的某個泛型方法，不關(guān)心其他屬性，這個時候就沒必要再整個類上定義泛型了。

直接在方法上設(shè)置泛型(generic）

package com.caq.List;public class Generic03 {        public <T> void test(T t){        System.out.println(t);    }    public static void main(String[] args) {        Generic03 generic03 = new Generic03();                generic03.test("Monkey");        generic03.test(1);        generic03.test(1.00000);        generic03.test(1L);    }}

運(yùn)行結(jié)果：

Monkey11.01

實(shí)例中，使用<T>來定義test方法的泛型，它接收一個泛型的參數(shù)變量并在方法體打印；調(diào)用泛型方法也很簡單，在主方法中實(shí)例化對象，調(diào)用對象下的泛型方法，可傳入不同類型的參數(shù)。

4. 泛型類的子類

泛型類也是一個 Java 類，它也具有繼承的特性。

泛型類的繼承可分為兩種情況：

子類明確泛型類的類型參數(shù)變量；
子類不明確泛型類的類型參數(shù)變量。

4.1 明確類型參數(shù)變量

例如，有一個泛型接口：

package com.caq.List;public interface GenericInterface01<T> {    default void show(T t) {            }}

泛型接口的實(shí)現(xiàn)類如下：

package com.caq.List;public class GenericInterfaceImple implements GenericInterface01<String> {    @Override    public void show(String s) {        System.out.println(s);    }}

子類實(shí)現(xiàn)明確了泛型的參數(shù)變量為String類型。因此方法show()的重寫也將T替換為了String類型。

4.2 不明確類型參數(shù)變量

當(dāng)實(shí)現(xiàn)類不確定泛型類的參數(shù)變量時，實(shí)現(xiàn)類需要定義類型參數(shù)變量，調(diào)用者使用子類時，也需要傳遞類型參數(shù)變量。

如下是GenericInterface接口的另一個實(shí)現(xiàn)類：

package com.caq.List;
package com.caq.List;

public class GenericInterfaceImple<T> implements GenericInterface01<T> {
    @Override
    public void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }
}

在主方法中調(diào)用實(shí)現(xiàn)類的show()方法：

public class GenericInterfaceImple<T> implements GenericInterface01<T> {
    @Override
    public void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }

    public static void main(String[] args) {
        GenericInterfaceImple<Integer> integerGenericInterfaceImple = new GenericInterfaceImple<>();
        integerGenericInterfaceImple.show(100);
    }
}


100

5. 類型通配符

我們先來看一個泛型作為方法參數(shù)的實(shí)例：

/**
 * 遍歷并打印集合中的每一個元素
 * 遍歷是二叉樹上最重要的運(yùn)算之一，是二叉樹上進(jìn)行其它運(yùn)算之基礎(chǔ)。 樹的遍歷是樹的一種重要的運(yùn)算。 
 * 所謂遍歷是指對樹中所有結(jié)點(diǎn)的信息的訪問，即依次對樹中每個結(jié)點(diǎn)訪問一次且僅訪問一次。

 * @param list 要接收的集合
 */
public class Generic04 {
    public void printListElement(List<object> list){
        for (Object o :
                list) {
            System.out.println(o);
        }
    }
}

觀察上面的代碼，參數(shù)list的限定的泛型類型為Object，也就是說，這個方法只能接收元素為Object類型的集合，如果我們想傳遞其他元素類型的集合，是行不通的。例如，如果傳遞裝載Integer元素的集合，程序在編譯階段就會報錯：

Tips： 泛型中的List<Object>并不是List<Integer>的父類，它們不滿足繼承關(guān)系。

5.1 無限定通配符

想要解決這個問題，使用類型通配符即可，修改方法參數(shù)處的代碼，將<>中間的Object改為?即可：

    public void printListElement(List<?> list){

此處的?就是類型通配符，表示可以匹配任意類型，因此調(diào)用方可以傳遞任意泛型類型的列表。

實(shí)例演示

package com.caq.List;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class Generic04 {
//List<?>可以理解為列表的類型，可以是整數(shù)型列表，也可以是字符串類型列表，list代表的是遍歷的元素代表
    public void printListElement(List<?> list){
        for (Object o : list) {
            System.out.println(o);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //實(shí)例化一個整型列表
        List<Integer> interger = new ArrayList<>();
        //加元素
        interger.add(1);
        interger.add(2);
        interger.add(2222);

        //實(shí)例化對象
        Generic04 generic04 = new Generic04();
        generic04.printListElement(interger);

        //實(shí)例化一個字符串類型列表
        ArrayList<String> strings = new ArrayList<>();
        strings.add("element1");
        strings.add("element2");
        strings.add("element3");

        generic04.printListElement(strings);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

2222
element1
element2
element3

5.2 extends 通配符

extends通配符用來限定泛型的上限。什么意思呢？依舊以上面的實(shí)例為例，我們來看一個新的需求，我們希望方法接收的List 集合限定在數(shù)值類型內(nèi)（float、integer、double、byte 等），不希望其他類型可以傳入（比如字符串）。此時，可以改寫上面的方法定義，設(shè)定上界通配符：

public void printListElement(List<? extends Number> list) {

這樣的寫法的含義為：List集合裝載的元素只能是Number自身或其子類（Number類型是所有數(shù)值類型的父類），完整實(shí)例如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Generic04 {

    public void printListElement(List<? extends Number> list) {
        for (Object o : list) {
            System.out.println(o);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 實(shí)例化一個整型的列表
        List<Integer> integers = new ArrayList<>();
        // 添加元素
        integers.add(1);
        integers.add(2);
        integers.add(3);
        GenericDemo4 generic04 = new Generic04();
        // 調(diào)用printListElement()方法
        generic04.printListElement(integers);

    }
}

運(yùn)行結(jié)果：