JAVA泛型

1.泛型的引出

我们知道，使用变量之前要定义，定义一个变量时必须要指明它的数据类型，什么样的数据类型赋给什么样的值。

假如我们现在要定义一个类来表示坐标，要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串，例如：

• x = 10、y = 10
• x = 12.88、y = 129.65
• x = "东京180度"、y = "北纬210度"

针对不同的数据类型，除了借助方法重载，还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道，基本数据类型可以自动装箱，被转换成对应的包装类；Object 是所有类的祖先类，任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型，例如：

• int --> Integer --> Object
• double -->Double --> Object
• String --> Object

这样，只需要定义一个方法，就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码：

public class Demo {    public static void main(String[] args){        Point p = new Point();        p.setX(10);  // int -> Integer -> Object        p.setY(20);        int x = (Integer)p.getX();  // 必须向下转型        int y = (Integer)p.getY();        System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);               p.setX(25.4);  // double -> Integer -> Object        p.setY("东京180度");        double m = (Double)p.getX();  // 必须向下转型        double n = (Double)p.getY();  // 运行期间抛出异常        System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);    }}class Point{    Object x = 0;    Object y = 0;    public Object getX() {        return x;    }    public void setX(Object x) {        this.x = x;    }    public Object getY() {        return y;    }    public void setY(Object y) {        this.y = y;    }}

上面的代码中，生成坐标时不会有任何问题，但是取出坐标时，要向下转型，向下转型存在着风险，而且编译期间不容易发现，只有在运行期间才会抛出异常，所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码，第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。

那么，有没有更好的办法，既可以不使用重载，又能把风险降到最低呢？

有，可以使用泛型类(Java Class)，它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”，就是“宽泛的数据类型”，任意的数据类型。
2、泛型类

更改上面的代码，使用泛型类：

public class Demo {    public static void main(String[] args){        // 实例化泛型类        Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();        p1.setX(10);        p1.setY(20);        int x = p1.getX();        int y = p1.getY();        System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);               Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();        p2.setX(25.4);        p2.setY("东京180度");        double m = p2.getX();        String n = p2.getY();        System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);    }}// 定义泛型类class Point<T1, T2>{    T1 x;    T2 y;    public T1 getX() {        return x;    }    public void setX(T1 x) {        this.x = x;    }    public T2 getY() {        return y;    }    public void setY(T2 y) {        this.y = y;    }}

运行结果：
This point is：10, 20
This point is：25.4, 东京180度

与普通类的定义相比，上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>，T1, T2 是自定义的标识符，也是参数，用来传递数据的类型，而不是数据的值，我们称之为类型参数。在泛型中，不但数据的值可以通过参数传递，数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符，运行时会被替换为真正的数据类型。

传值参数（我们通常所说的参数）由小括号包围，如 (int x, double y)，类型参数（泛型参数）由尖括号包围，多个参数由逗号分隔，如 <T> 或 <T, E>。

类型参数需要在类名后面给出（将类型参数放在<>中，多个类型参数使用英文逗号隔开）。一旦给出了类型参数，就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符，习惯上使用单个大写字母，通常情况下，K 表示键，V 表示值，E 表示异常或错误，T 表示一般意义上的数据类型。

泛型类在实例化时必须指出具体的类型，也就是向类型参数传值，格式为：
    className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型，但是会产生警告，即：
    className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因为在使用泛型类时指明了数据类型，赋给其他类型的值会抛出异常，既不需要向下转型，也没有潜在的风险，比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。

注意：

• 泛型是 Java 1.5 的新增特性，它以C++模板为参照，本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
• 类型参数只能用来表示引用类型，不能用来表示基本类型，如  int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错，因为它们会自动装箱成对应的包装类。

3、泛型方法

除了定义泛型类，还可以定义泛型方法，例如，定义一个打印坐标的泛型方法：

public class Demo {    public static void main(String[] args){        // 实例化泛型类        Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();        p1.setX(10);        p1.setY(20);        p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());               Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();        p2.setX(25.4);        p2.setY("东京180度");        p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());    }}// 定义泛型类class Point<T1, T2>{    T1 x;    T2 y;    public T1 getX() {        return x;    }    public void setX(T1 x) {        this.x = x;    }    public T2 getY() {        return y;    }    public void setY(T2 y) {        this.y = y;    }       // 定义泛型方法    public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){        T1 m = x;        T2 n = y;        System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);    }}

运行结果：
This point is：10, 20
This point is：25.4, 东京180度

上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint()，既有普通参数，也有类型参数，类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数，就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。

与使用泛型类不同，使用泛型方法时不必指明参数类型，编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同，调用就像普通方法一样。 

注意：泛型方法与泛型类没有必然的联系，泛型方法有自己的类型参数，在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系，也可以使用其他的标识符代替：

public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){    V1 m = x;    V2 n = y;    System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);}

4、泛型接口

在Java中也可以定义泛型接口，泛型接口的定义与泛型类的定义相似，这里不再赘述，仅仅给出示例代码：

public class Demo {    public static void main(String arsg[]) {        Info<String> obj = new InfoImp<String>("www.weixueyuan.net");        System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length());    }}//定义泛型接口interface Info<T> {    public T getVar();}//实现接口class InfoImp<T> implements Info<T> {    private T var;    // 定义泛型构造方法    public InfoImp(T var) {        this.setVar(var);    }    public void setVar(T var) {        this.var = var;    }    public T getVar() {        return this.var;    }}

运行结果：
Length Of String: 18

 

5、类型擦除

    在严格的泛型代码里，带泛型声明的类总应该带着<类型参数>。但为了与老的Java代码保存一致，也允许在使用带泛型声明的类时不指定实际的类型参数。

   如果没有在使用泛型类时指定类型参数，则该类型参数被称为原始类型（raw type），其默认为声明该类型参数时指定的第一个上限类型。

    当把一个具有泛型信息的对象赋给一个没有泛型信息的变量时，所有尖括号之间的类型都将被扔掉（擦除）。

如果在使用泛型时没有指明数据类型，那么就会擦除泛型类型，请看下面的代码：

public class Demo {    public static void main(String[] args){        Point p = new Point();  // 类型擦除        p.setX(10);        p.setY(20.8);        int x = (Integer)p.getX();  // 向下转型        double y = (Double)p.getY();        System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);    }}class Point<T1, T2>{    T1 x;    T2 y;    public T1 getX() {        return x;    }    public void setX(T1 x) {        this.x = x;    }    public T2 getY() {        return y;    }    public void setY(T2 y) {        this.y = y;    }}

运行结果：
This point is：10, 20.8

因为在使用泛型时没有指明数据类型，为了不出现错误，编译器会将所有数据向上转型为 Object，所以在取出坐标使用时要向下转型，这与本文一开始不使用泛型没什么两样。

         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，当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。

究其原因，在于Java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

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。

泛型确实是在编译阶段起作用，在生成的class文件中就没有了泛型信息，但是运行时是怎么找到原本的类型信息的呢？其实还是强制类型转换，编译器将之前用到从泛型对象的地方自动添加了强制类型转换。以前是自己做，现在是编译器帮忙做了。

 

6、限制泛型的可用类型

类型参数的范围

在泛型中，如果不对类型参数加以限制，它就可以接受任意的数据类型，只要它是被定义过的。但是，很多时候我们只需要一部分数据类型就够了，用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如，编写一个泛型函数用于返回不同类型数组（Integer 数组、Double 数组等）中的最大值：

public <T> T getMax(T array[]){    T max = null;    for(T element : array){        max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;    }    return max;}

 

上面的代码会报错，doubleValue() 是 Number 类及其子类的方法，不是所有的类都有该方法，所以我们要限制类型参数 T，让它只能接受 Number 及其子类（Integer、Double、Character 等）。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型的上限，改进上面的代码：

public <T extends Number> T getMax(T array[]){    T max = null;    for(T element : array){        max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;    }    return max;}

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子类，传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。如果是类，只能有一个；但是接口可以有多个，并以“&”分隔，例如 <T extends Interface1 & Interface2>。

这里的 extends 关键字已不再是继承的含义了，应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型，或者 T 是实现了 XX 接口的类型。

通配符(?)

上面的例子中提到要定义一个泛型类来表示坐标，坐标可以是整数、小数或字符串，请看下面的代码：

class Point<T1, T2>{    T1 x;    T2 y;    public T1 getX() {        return x;    }    public void setX(T1 x) {        this.x = x;    }    public T2 getY() {        return y;    }    public void setY(T2 y) {        this.y = y;    }}

 

现在要求在类的外部定义一个 printPoint() 方法用于输出坐标，怎么办呢？

可以这样来定义方法：

public void printPoint(Point p){    System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());}

我们知道，如果在使用泛型时没有指名具体的数据类型，就会擦除泛型类型，并向上转型为 Object，这与不使用泛型没什么两样。上面的代码没有指明数据类型，相当于：

public void printPoint(Point<Object, Object> p){    System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());}

为了避免类型擦除，可以使用通配符(?)：

public void printPoint(Point<?, ?> p){    System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());}

通配符(?)可以表示任意的数据类型。将代码补充完整：

public class Demo {    public static void main(String[] args){        Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();        p1.setX(10);        p1.setY(20);        printPoint(p1);              Point<String, String> p2 = new Point<String, String>();        p2.setX("东京180度");        p2.setY("北纬210度");        printPoint(p2);    }       public static void printPoint(Point<?, ?> p){  // 使用通配符        System.out.println("This point is: " + p.getX() + ", " + p.getY());    }}class Point<T1, T2>{    T1 x;    T2 y;    public T1 getX() {        return x;    }    public void setX(T1 x) {        this.x = x;    }    public T2 getY() {        return y;    }    public void setY(T2 y) {        this.y = y;    }}

运行结果：
This point is: 10, 20
This point is: 东京180度, 北纬210度

通配符？的上限设定

但是，数字坐标与字符串坐标又有区别：数字可以表示x轴或y轴的坐标，字符串可以表示地球经纬度。现在又要求定义两个方法分别处理不同的坐标，一个方法只能接受数字类型的坐标，另一个方法只能接受字符串类型的坐标，怎么办呢？

这个问题的关键是要限制类型参数的范围，请先看下面的代码：

public class Demo {    public static void main(String[] args){        Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();        p1.setX(10);        p1.setY(20);        printNumPoint(p1);              Point<String, String> p2 = new Point<String, String>();        p2.setX("东京180度");        p2.setY("北纬210度");        printStrPoint(p2);    }       // 借助通配符限制泛型的范围    public static void printNumPoint(Point<? extends Number, ? extends Number> p){        System.out.println("x: " + p.getX() + ", y: " + p.getY());    }       public static void printStrPoint(Point<? extends String, ? extends String> p){        System.out.println("GPS: " + p.getX() + "，" + p.getY());    }}class Point<T1, T2>{    T1 x;    T2 y;    public T1 getX() {        return x;    }    public void setX(T1 x) {        this.x = x;    }    public T2 getY() {        return y;    }    public void setY(T2 y) {        this.y = y;    }}

 

运行结果：x: 10, y: 20GPS: 东京180度，北纬210度

泛型类型T的上限设定

在上面的代码中，类型参数可以接受任意的数据类型，只要它是被定义过的。但是，很多时候我们只需要一部分数据类型就够了，用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如，编写一个泛型函数用于返回不同类型数组（Integer 数组、Double 数组、Character 数组等）中的最大值：

public <T> T getMax(T array[]){    T max = null;    for(T element : array){        max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;    }    return max;}

 

上面的代码会报错，doubleValue() 是 Number 类的方法，不是所有的类都有该方法，所以我们要限制类型参数 T，让它只能接受 Number 及其子类（Integer、Double、Character 等）。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型，改进上面的代码：

 

public <T extends Number> T getMax(T array[]){    T max = null;    for(T element : array){        max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;    }    return max;}

 

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子类，传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。但这里的 extends 已经不是继承的含义了，应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型，或者 T 是实现了 XX 接口的类型。
在一种极端情况下，可以为类型参数设定多个上限，但是至多有一个父类，可以有多个接口上限，但是所有接口必须位于类上限之后，使用&连接，接口与接口之间也是使用&隔开。

public class Apple<T extends Number & java.io.Serializable>，表明T类型必须是Number类或其子类，并且必须实现java.io.Serializable接口

? extends Number 表示泛型的类型参数只能是 Number 及其子类，? extends String 也一样，这与定义泛型类或泛型方法时限制类型参数的范围类似。

不过，使用通配符(?)不但可以限制类型的上限，还可以限制下限。限制下限使用 super 关键字，例如 <? super Number> 表示只能接受 Number 及其父类。

类型参数T可以设定上限，如public class A(T extends B)，就是A只能是B类型或者是B的子类。但是类型参数不能设定下限，即没有 class A<tT super B>这样的语法，Java目前还不支持！！！ 

 

 

注意：虽然Integer是Number的子类，但是list<Integer>与list<Number>并没有继承关系。

list<Integer> ilist=new ArrayList<Integer>();

list<Number> nlist=ilst;//编译错误

list<？> c=ilst；正确

注意，可以读取list<？>声明对象中的元素， 但是，因为无法确定集合中的元素类型，故不能使用add（）方法向其中添加对象。