Java 泛型 （1）

一、泛型产生的意义

首先要说一下Java中的集合，Java中的集合有一个缺点，就是将一个对象丢进集合后，集合就会忘记改对象的类型，当再次取出该对象时，该对象的编译类型就变成了Object类型（其运行时类型没变）。具体看下面一段代码：

public class GenericTest {      public static void main(String[] args) {         List list = new ArrayList();          list.add("qqyumidi");          list.add("corn");          list.add(100);          for (int i = 0; i < list.size(); i++) {             String name = (String) list.get(i); // 1             System.out.println("name:" + name);         }     } }

定义了一个List类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的，因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。

在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：

1.当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。

2.因此，//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。

那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型，且能够达到只要编译时不出现问题，运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢？答案就是使用泛型。

二、什么是泛型

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。
看起来有点复杂，写一个例子看一看：

public class GenericTest {      public static void main(String[] args) {          /*          List list = new ArrayList();          list.add("qqyumidi");          list.add("corn");          list.add(100);          */         List<String> list = new ArrayList<String>();         list.add("qqyumidi");         list.add("corn");         //list.add(100);   // 1  提示编译错误         for (int i = 0; i < list.size(); i++) {             String name = list.get(i); // 2             System.out.println("name:" + name);         }       }      }

采用泛型写法后，在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误，通过List，直接限定了list集合中只能含有String类型的元素，从而在//2处无须进行强制类型转换，因为此时，集合能够记住元素的类型信息，编译器已经能够确认它是String类型了。

结合上面的泛型定义，我们知道在List中，String是类型实参，也就是说，相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型（也就是对应的传入的类型实参）。下面就来看看List接口的的具体定义：

public interface List<E> extends Collection<E> {      int size();      boolean isEmpty();      boolean contains(Object o);      Iterator<E> iterator();     Object[] toArray();     <T> T[] toArray(T[] a);     boolean add(E e);     boolean remove(Object o);     boolean containsAll(Collection<?> c);     boolean addAll(Collection<? extends E> c);     boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);     boolean removeAll(Collection<?> c);     boolean retainAll(Collection<?> c);     void clear();     boolean equals(Object o);     int hashCode();     E get(int index);     E set(int index, E element);     void add(int index, E element);     E remove(int index);     int indexOf(Object o);     int lastIndexOf(Object o);     ListIterator<E> listIterator();     ListIterator<E> listIterator(int index);     List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); }

我们可以看到，在List接口中采用泛型化定义之后，中的E表示类型形参，可以接收具体的类型实参，并且此接口定义中，凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。

自然的，ArrayList作为List接口的实现类，其定义形式是：

 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>           implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {      public boolean add(E e) {          ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!          elementData[size++] = e;          return true;      }     public E get(int index) {         rangeCheck(index);         checkForComodification();         return ArrayList.this.elementData(offset + index);     }     //...省略掉其他具体的定义过程 }

由此，我们从源代码角度明白了为什么//1处加入Integer类型对象编译错误，且//2处get()到的类型直接就是String类型了。

三.自定义泛型接口、泛型类和泛型方法

从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。

自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义：

public class GenericTest {      public static void main(String[] args) {          Box<String> name = new Box<String>("corn");          System.out.println("name:" + name.getData());      }  } class Box<T> {     private T data;     public Box() {     }     public Box(T data) {         this.data = data;     }     public T getData() {         return data;     } } 

在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参，由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？

我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型（本实例中为Box），当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。

对此总结成一句话：泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。

四.类型通配符

接着上面的结论，我们知道，Box和Box实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Box和Box是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？

下面以一个例子来说明：

public class GenericTest {      public static void main(String[] args) {          Box<Number> name = new Box<Number>(99);          Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);          getData(name);         //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is          //not applicable for the arguments (Box<Integer>)         getData(age);   // 1     }     public static void getData(Box<Number> data){         System.out.println("data :" + data.getData());     }  }

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我们发现，在代码//1处出现了错误提示信息：The method getData(Box) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box)。显然，通过提示信息，我们知道Box在逻辑上不能视为Box的父类。
我们再来看一下代码：

public class GenericTest { 2  3     public static void main(String[] args) { 4  5         Box<Integer> a = new Box<Integer>(712); 6         Box<Number> b = a;  // 1 7         Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f); 8         b.setData(f);        // 2 9 10     }11 12     public static void getData(Box<Number> data) {13         System.out.println("data :" + data.getData());14     }15 16 }17 18 class Box<T> {19 20     private T data;21 22     public Box() {23 24     }25 26     public Box(T data) {27         setData(data);28     }29 30     public T getData() {31         return data;32     }33 34     public void setData(T data) {35         this.data = data;36     }37 38 }

这个例子中，显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。

假设Box在逻辑上可以视为Box的父类，那么//1和//2处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，/通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer? Float? 还是Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上Box不能视为Box的父类。

好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Box和Box的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。