Java泛型总结

0. 概述

泛型是Jdk1.5引入的特性。泛型是Java程序员最常用且最容易被忽视的知识之一。许多Java程序员只是使用泛型类。但不考虑其工作方式，直到出现问题。

1 术语

用示例进行描述。ArrayList<E>类、ArrayList<Integer>类：

• 整个称为ArrayList<E> 泛型类型。
• ArrayList<E>中的E称为 类型变量 或 类型参数。
• 整个ArrayList<Integer> 称为 参数化的类型。
• ArrayList<Integer>中的Integer称为 类型参数的实例 或 实际类型参数。
• ArrayList<Integer>中的<>念着typeof。整个ArrayList<Integer>称为"arraylist typof integer"。
• ArrayList称为原始类型。

 

2 泛型使用示例

由于经常需要使用泛型。所以不再详解泛型的实际使用。

此处示例一种遍历Map的方式。

        Map<String, Integer> hm = new HashMap<String, Integer>();

        hm.put("zxx", 19);

        hm.put("lis", 18);

 

        Set<Map.Entry<String, Integer>> mes = hm.entrySet();

        for (Map.Entry<String, Integer> me : mes) {

            System.out.println(me.getKey() + ":" + me.getValue());

        }

 

附：对在jsp页面中也经常要对Set或Map集合进行迭代。

<c:forEach items="${map}" var="entry">

    ${entry.key}:${entry.value}

</c:forEach>

 

3 不使用泛型产生的困难

从集合中取出数据需要类型转换。从集合中取出的数据需要造型，但由于集合中元素的类型没有被限制，所以可能造成类型转换错误。

使用泛型可以不需要再使用强制类型转换。且可以确保类型安全。

由于编译生成的字节码会去掉泛型的类型信息，只要能跳过编译器，就可以往某个泛型集合中加入其它类型的数据。例，用反射得到集合，再调用其add方法即可。

4 Java泛型原理

Java中的泛型类型（或者泛型）类从表面上似于 C++ 中的模板，但两者机制有本质的不同。

Java的泛型方法没有C++模板函数功能强大，Java中的如下代码无法通过编译：

<T> T add(T x,T y) {    return (T) (x+y);}

Java中无论何时定义一个泛型类型，都自动提供一个相应的原始类型。原始类型的名字就是删去类型参数后的泛型类型名。

Java 中的泛型基本上是在编译器中实现。编译器进行执行类型检查和类型推断，然后生成普通的非泛型的字节码。编译器使用泛型类型信息保证类型安全，然后在生成字节码之前将其清除。这种实现技术称为擦除（erasure）。

 所以泛型实际是提供给Javac编译器使用的。限定输入类型，让编译器挡住源程序中的非法输入，编译器编译带类型说明的集合时会去除掉"类型"信息。程序运行期间，没有任何泛型泛型的痕迹。使程序运行效率不受影响，对于参数化的泛型类型，getClass()方法的返回值和原始类型完全一样。

例：通过以下代码，可以看出运行期泛型类型是被擦除的。

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

 

public class TestMain {

    public static void main(String[] args) {

 

        List l = new ArrayList();

        System.out.println(l.getClass());

        

        List<String> ls = new ArrayList<String>();

        System.out.println(ls.getClass());

        

        List<Object> lo = new ArrayList<Object>();

        System.out.println(lo.getClass());

        

        System.out.println(l.getClass().equals(ls.getClass())); //比较ArrayList与ArrayList<String>

        System.out.println(l.getClass().equals(lo.getClass())); //比较ArrayList与List<Object>

        System.out.println(lo.getClass().equals(ls.getClass())); //比较ArrayList<String>与List<Object>

        

    }

}

输出：

class java.util.ArrayList

class java.util.ArrayList

class java.util.ArrayList

true

true

true

 

 

例：使用反射机制绕过泛型的编译器检查。由于程序在运行期间，不再带有泛型约束，所以程序正确打印结果。

public class TestMain {

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, SecurityException {

        List<Integer> ls = new ArrayList<Integer>();

        //ls.add("abc"); //编译器报错

        ls.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(ls,"abc");

        System.out.println(ls);

    }

}

输出：

[abc]

5 正确使用泛型

5.1 参数化类型与原始类型的兼容性

参数化类型可以引用一个原始类型的对象。编译器提示警告。

例，Collection<String> c = new ArrayList();

 

原始类型可以引用一个参数化类型的对象。编译器提示警告。

例，Collection c = new ArrayList<String>();

 

参数化类型不考虑类型参数的继承关系。

例：ArrayList<String> a = new ArrayList<Object>(); 编译器提示错误。

例：ArrayList<Object> a = new ArrayList<String>(); 编译器提示错误。

 

编译器不允许创建泛型变量的数组。即在创建数组实例时，数组的元素不能使用参数化的类型

例：ArrayList<Integer>[] a1 = new ArrayList<Integer>[10];

或 ArrayList<Integer> a2[] = new ArrayList<Integer>[10]; 编译器提示错误。

 

强调，泛型只是在编译期间编译器做类型检查的机制。

例：以下示例可以通过编译。编译器只是提示警告。

此处的a对象，本质上变为ArrayList<Object> 。

或

此处的a对象，本质上变为ArrayList<String> 。

 

 

5.2 Java泛型的约束和局限性

(1)不能使用基本类型实例化类型参数

不存在Pair<double>，只有Pair<Double>。由于类型擦除，Pair类含有Object类型的域，而Object不能存储double。

但该缺陷，可以使用包装类型解决。

重要结论：使用泛型或定义泛型类、泛型方法时，泛型必须是引用类型，不能是基本类型。

 

(2)不能抛出也不能捕获泛型类实例

泛型类不能继承Throwable。

不能在catch子句中使用泛型类型变量。

 

(3)参数化类型的数组不合法

 

(4)不能实例化类型变量

若需要在方法中对泛型类型实例化，则需要传入Class<T>。

public static <T> void makePair(Class<T> cl) throws InstantiationException, IllegalAccessException{

T t = cl.newInstance();

}

 

(5)泛型类的静态上下文中类型变量无效

不能在静态域或方法中应用类型变量。

 

(6)擦除后的冲突

以下代码无法通过编译

equals(T obj)与equals(Object obj)冲突。擦除类型后，equals(T obj)就是equals(Object obj)

6 定义泛型类

泛型类是具有一个或多个类型变量的类。可以把泛型类看作是普通类的"工厂"。

自定义泛型使用尖括号<>声明泛型参数。泛型类基本格式：

class CLS<T, U> {

    void method1(T param) {

    }

 

    T method2(T param) {

        // return

    }

 

    U method3(T param1, U param2) {

        // return ;

    }

}

 

一般Java中，使用变量E表示集合元素类型。K表示关键字，V表示值。T（或者U、S）表示"任意类型"。

当一个变量被声明为泛型时，只能被实例变量、方法和内部类调用，而不能被静态变量和静态方法调用。因为静态成员是被所有参数化的类所共享的，所以静态成员不应该有类级别的类型参数。若使用需要是静态泛型方法，则重新声明泛型参数。

 

例：定义泛型GenericDao 。

public class GenericDao<T> {

    public void save(T obj) {

    }

    public T getById(int id) {

        return null;

    }

    /**

     * 静态方法。重新声明T，此处的T与GenericDao<T>的T没有关系。

     */

    public static <T> void update(T obj){

    }

}

 

GenericDao引入类型变量T，用尖括号<> 括起来，并放在类名后面。泛型类可以有多个类型变量，如：GenericDao<T,U>

 

在引用类名时指定的泛型类的泛型参数类型。

例，如下两种方式都可以：

GenericDao<String> dao = null;

    new GenericDao<String>();

7 自定义泛型方法

用于放置泛型的类型参数的尖括号应出现在方法的其他所有修饰符之后和在方法的返回类型之前，也就是紧邻返回值之前。

按照惯例，类型参数通常用单个大写字母表示。

普通方法、构造方法和静态方法中都可以使用泛型。

 

例：

原方法为：

    static int method(int x,int y){

        return 0;

    }

    

泛型方法为：

    static <T> T method(T x,T y){

        return null;

    }

<T>用于声明一个泛型参数。

 

7.1 使用泛型化方法

当调用一个泛型方法时，在方法名前的尖括号中放入具体的类型。

例：使用调用TestMain类中的泛型化的静态方法method。

String s = TestMain.<String>method("a","b");

必须有类名在最前面引出method方法，否则编译器报错。

 

由于编译器存在类型推断机制，会自动推断出调用方法的泛型类型。所以使用泛型方法可以不需要指明泛型类型。

例：调用泛型化的method()方法。

 

例：交换数组中的两个元素的位置的泛型方法语法定义如下：

    static <T> void swap(T[] a,int i,int j){

        T tmp = a[i];

        a[j]=a[i];

        a[i]=tmp;

    }

使用swap方法：

 

说明：

只有引用类型才能作为泛型方法的实际参数。swap(new int[]{1,2,3,4},1,3);编译错误。

 

在泛型中可以同时有多个类型参数，在定义它们的尖括号中用逗号分。

例：

public static <K, V> V getValue(Map<K,V> map,K key) {

        return map.get(key);

}

 

 

7.2 泛型方法例题

例：编写一个泛型方法，自动将Object类型的对象转换成其他类型。

解：

public static <T> T autoConvert(Object obj){

        return (T)obj;

    }

使用autoConvert方法。

    Object obj = "abc";

    String abc1 = (String)obj;

    String abc2 = autoConvert(obj);

 

例：定义一个方法，可以将任意类型的数组中的所有元素填充为相应类型的某个对象。

    static <T> void fillArray(T[] a,T obj){

        for(int i=0;i<a.length;i++){

            a[i]=obj;

        }

    }

 

例：采用自定泛型方法的方式打印出任意参数化类型的集合中的所有内容。

    static <T> void printCollection(Collection<T> collection){

        for (Object obj : collection) {

            System.out.println(obj);

        }

    }

说明：该例使用之前的通配符方案要比范型方法更有效。

当一个类型变量用来表达两个参数之间或者参数和返回值之间的关系时，即同一个类型变量在方法签名的两处被使用，或者类型变量在方法体代码中也被使用而不是仅在签名的时候使用，才需要使用范型方法。

 

 

例：定义一个方法，把任意参数类型的集合中的数据安全地复制到相应类型的数组中。

static <T> void copy1(Collection<T> dest,T[] src){

        // ...略

    }

    

    static <T> void copy2(T[] dest,T[] src){

        // ...略

    }

 

使用copy1方法和copy2方法：

//copy1泛型方法的T的类型Object。因为ArrayList与String父类的交集为Object。

copy1(new ArrayList(),new String[10]);

//copy2泛型方法的T的类型Object。因为Date与String父类的交集为Object。

copy2(new Date[10],new String[10]);

 

//new ArrayList<Date>()确定了T为Data,而new String[10]又指明T为String。

//由于类型推断的传播性，导致编译器报错。

copy1(new ArrayList<Date>(),new String[10]);

 

 

8 泛型类型变量的限定

使用< T extends BoundingType >限定泛型类型。T应该是绑定类型的子类型。T和绑定类型可以是类或接口。

例：<T extends Comparable & Serializable>

 

例：Class.getAnnotation()方法的定义。

public <A extends Annotation> A getAnnotation(Class<A> annotationClass)

<A extends Annotation> 表示声明一个泛型参数，该参数类型必须是Annotation类或其的子类。

 

例：通用泛型Dao。

public interface GenericDao<T extends Serializable,ID extends Serializable> {

}

 

public abstract class GenericDaoImpl<T extends Serializable ,ID extends Serializable> implements GenericDao<T, ID> {

}

 

一个泛型变量或通配符可以有多个限定。限定类型使用"&"分割。若用一个类做限定，它必须是限定列表中的第一个。

例：<V extends Serializable & Cloneable> void method(){}

<V extends Serializable & cloneable> 表示声明一个泛型参数，参数类型必须继承Serializable 且必须继承Cloneable

 

可以用类型变量表示异常，称为参数化的异常，可以用于方法的throws列表中，但是不能用于catch子句中。

例：

private static <T extends Exception> void sayHello() throws T {

try {

 

        } catch (Exception e) {

            throw (T) e;

    }

}

 

9 泛型通配符

使用"?"通配符可以引用其他各种参数化的类型，"?"通配符定义的变量主要用作引用，可以调用与参数化无关的方法，不能调用与参数化有关的方法。

例：Collection<?>可以适配Collection<Object>、Collection<Integer>或Collection<String>等。

 

例：定义一个方法，该方法用于打印出任意参数化类型的集合中的所有数据，该方法如何定义呢？

错误方式：

    public static void printCollection(Collection<Object> cols) {

        for (Object obj : cols) {

            System.out.println(obj);

        }

    }

说明：该方法只能接收Collection<Object>类型的参数。对Collection<Integer>或Collection<String>无法接收。

正确方式：

不使用泛型，编译器提示警告。

    public static void printCollection(Collection cols) {

        for (Object obj : cols) {

            System.out.println(obj);

        }

    }

利用泛型通配符，使用泛型。

    public static void printCollection(Collection<?> cols) {

        for (Object obj : cols) {

            System.out.println(obj);

        }

    }

说明：该方法可以接收Collection<Integer>、Collection<Object>或Collection<String>等。

 

参数通配符使用的声明的类型，是不确定类型的。在使用的时候，可能会造成一些错误。

例：定义两个方法method1与method2。

 

 

9.1 限定通配符的上边界

<? extends Number>用于匹配Number及Number的子类。

正确：Vector<? extends Number> x = new Vector<Integer>(); Integer继承了Number

错误：Vector<? extends Number> x = new Vector<String>();

 

9.2限定通配符的下边界

<? super Integer>用于匹配Integer及Integer的父类。

正确：Vector<? super Integer> x = new Vector<Number>();

错误：Vector<? super Integer> x = new Vector<Byte>();

 

说明：

限定通配符总是包括自己。

?只能用作引用，不能用它去给其他变量赋值

    Vector<? extends Number> y = new Vector<Integer>();

    Vector<Number> x = y; 错误，原理与Vector<Object > x11 = new Vector<String>();相似，只能通过强制类型转换方式来赋值。

 

 

10 泛型类型推断

例，对于上面定义的static <T> T method(T x,T y)方法。注意其返回类型。

Integer i = method(1,2); //1与2都是Integer，所以返回Integer

Double d = method(1.2,2.3); //1.2，2.3默认都是Double，所以返回Double

Number n = method(1.2,2); //1.2是Double，2是Integer，两者均能匹配Number。返回Number。

Object o = method(1.2,"2"); //1.2是Double,"2"是String，这者均能匹配Object。返回Object。

method的返回类型是参数x与参数y允许允许匹配类型的交集。

 

编译器判断范型方法的实际类型参数的过程称为类型推断。类型推断是相对于知觉推断的，其实现方法是一种非常复杂的过程。

根据调用泛型方法时实际传递的参数类型或返回值的类型来推断，具体规则如下：

• 当某个类型变量只在整个参数列表中的所有参数和返回值中的一处被应用了，那么根据调用方法时该处的实际应用类型来确定，这很容易凭着感觉推断出来，即直接根据调用方法时传递的参数类型或返回值来决定泛型参数的类型。
  例： swap(new String[3],3,4) ---> static <E> void swap(E[] a, int i, int j)
• 当某个类型变量在整个参数列表中的所有参数和返回值中的多处被应用了，如果调用方法时这多处的实际应用类型都对应同一种类型来确定，这很容易凭着感觉推断出来。
  例：add(3,5) ---> static <T> T add(T a, T b)
• 当某个类型变量在整个参数列表中的所有参数和返回值中的多处被应用了，如果调用方法时这多处的实际应用类型对应到了不同的类型，且没有使用返回值，这时候取多个参数中的最大交集类型
  例：下面语句实际对应的类型就是Number了，编译没问题，只是运行时出问题。
  fill(new Integer[3],3.5f) ---> static <T> void fill(T[] a, T v)
• 当某个类型变量在整个参数列表中的所有参数和返回值中的多处被应用了，如果调用方法时这多处的实际应用类型对应到了不同的类型， 并且使用返回值，这时候优先考虑返回值的类型。
  例如，下面语句实际对应的类型就是Integer了，编译将报告错误，将变量x的类型改为float，对比eclipse报告的错误提示，接着再将变量x类型改为Number，则没有了错误。
  int x =(3,3.5f) ---> static <T> T add(T a, T b)
• 参数类型的类型推断具有传递性，下面第一种情况推断实际参数类型为Object，编译没有问题，而第二种情况则根据参数化的Vector类实例将类型变量直接确定为String类型，编译将出现问题。
  例：copy(new Integer[5],new String[5]) ---> static <T> void copy(T[] a,T[] b);
  copy(new Vector<String>(), new Integer[5]) ---> static <T> void copy(Collection<T> a , T[] b);