java-泛型及上界下界详解

Java 泛型

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

 

泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

假定我们有这样一个需求：写一个排序方法，能够对整型数组、字符串数组甚至其他任何类型的数组进行排序，该如何实现？

答案是可以使用 Java 泛型。

使用 Java 泛型的概念，我们可以写一个泛型方法来对一个对象数组排序。然后，调用该泛型方法来对整型数组、浮点数数组、字符串数组等进行排序。

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泛型方法

你可以写一个泛型方法，该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型，编译器适当地处理每一个方法调用。

下面是定义泛型方法的规则：

• 所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的<E>）。

• 每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。

• 类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。

• 泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像int,double,char的等）。

实例

下面的例子演示了如何使用泛型方法打印不同字符串的元素：

public class GenericMethodTest
{
   // 泛型方法 printArray                         
   public static < E > void printArray( E[] inputArray )
   {
      // 输出数组元素            
         for ( E element : inputArray ){        
            System.out.printf( "%s ", element );
         }
         System.out.println();
    }
 
    public static void main( String args[] )
    {
        // 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character
        Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        Double[] doubleArray = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 };
        Character[] charArray = { 'H', 'E', 'L', 'L', 'O' };
 
        System.out.println( "整型数组元素为:" );
        printArray( intArray  ); // 传递一个整型数组
 
        System.out.println( "
双精度型数组元素为:" );
        printArray( doubleArray ); // 传递一个双精度型数组
 
        System.out.println( "
字符型数组元素为:" );
        printArray( charArray ); // 传递一个字符型数组
    } 
}

 

编译以上代码，运行结果如下所示：

整型数组元素为:
1 2 3 4 5 
​
双精度型数组元素为:
1.1 2.2 3.3 4.4 
​
字符型数组元素为:
H E L L O 

有界的类型参数

可能有时候，你会想限制那些被允许传递到一个类型参数的类型种类范围。例如，一个操作数字的方法可能只希望接受Number或者Number子类的实例。这就是有界类型参数的目的。

要声明一个有界的类型参数，首先列出类型参数的名称，后跟extends关键字，最后紧跟它的上界。

实例

下面的例子演示了"extends"如何使用在一般意义上的意思"extends"（类）或者"implements"（接口）。该例子中的泛型方法返回三个可比较对象的最大值。

 

public class MaximumTest
{
   // 比较三个值并返回最大值
   public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y, T z)
   {                     
      T max = x; // 假设x是初始最大值
      if ( y.compareTo( max ) > 0 ){
         max = y; //y 更大
      }
      if ( z.compareTo( max ) > 0 ){
         max = z; // 现在 z 更大           
      }
      return max; // 返回最大对象
   }
   public static void main( String args[] )
   {
      System.out.printf( "%d, %d 和 %d 中最大的数为 %d

",
                   3, 4, 5, maximum( 3, 4, 5 ) );
 
      System.out.printf( "%.1f, %.1f 和 %.1f 中最大的数为 %.1f

",
                   6.6, 8.8, 7.7, maximum( 6.6, 8.8, 7.7 ) );
 
      System.out.printf( "%s, %s 和 %s 中最大的数为 %s
","pear",
         "apple", "orange", maximum( "pear", "apple", "orange" ) );
   }
}
​

 

编译以上代码，运行结果如下所示：

3, 4 和 5 中最大的数为 5
​
6.6, 8.8 和 7.7 中最大的数为 8.8
​
pear, apple 和 orange 中最大的数为 pear

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不同的参数类型有相似的方法

泛型类

泛型类的声明和非泛型类的声明类似，除了在类名后面添加了类型参数声明部分。

和泛型方法一样，泛型类的类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。因为他们接受一个或多个参数，这些类被称为参数化的类或参数化的类型。

实例

如下实例演示了我们如何定义一个泛型类:

public class Box<T> {
   
  private T t;
 
  public void add(T t) {
    this.t = t;
  }
 
  public T get() {
    return t;
  }
 
  public static void main(String[] args) {
    //添加修饰
    Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
    Box<String> stringBox = new Box<String>();
 
    integerBox.add(new Integer(10));
    stringBox.add(new String("字符"));
 
    System.out.printf("整型值为 :%d

", integerBox.get());
    System.out.printf("字符串为 :%s
", stringBox.get());
  }
}

 

编译以上代码，运行结果如下所示：

整型值为 :10
​
字符串为 :字符

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不同类有相似的参数和相似的方法

类型通配符

1、类型通配符一般是使用?代替具体的类型参数。例如 List 在逻辑上是List,List 等所有List<具体类型实参>的父类。

实例1

ublic class CommonSingle {
    public static  void printer(List<?> data) {//普通的
        System.out.print(data);
    }
    public static void getUperNumber(List<? extends Number> data) {//给通配符划分了范围
         System.out.println("data :" + data);
      }
}
    List<String> name = new ArrayList<String>();
            List<Integer> age = new ArrayList<Integer>();
            List<Number> number = new ArrayList<Number>();
            
            name.add("icon");
            age.add(18);
            number.add(314);
     
            CommonSingle.printer(name);
            CommonSingle.printer(age);
            CommonSingle.printer(number);

输出结果为：

data :icon
data :18
data :314

解析：

1、因为getData()方法的参数是List类型的，所以name，age，number都可以作为这个方法的实参，这就是通配符的作用

2、类型通配符上限通过形如List来定义，如此定义就是通配符泛型值接受Number及其下层子类类型。

3、与第一个泛型方法类似，事根据参数类型选择不同的方法，只是这个参数类型被List包裹。

实例2

继续使用上面声明的类CommonSingle

 List<String> name = new ArrayList<String>();
            List<Integer> age = new ArrayList<Integer>();
            List<Number> number = new ArrayList<Number>();
            
            name.add("icon");
            age.add(18);
            number.add(314);
            CommonSingle.getUperNumber(name);//报错：因为S不在Number的范围内
            CommonSingle.getUperNumber(age);
            CommonSingle.getUperNumber(number);

 

输出结果：

data :18
data :314

解析：

1、在(//1)处会出现错误，因为getUperNumber()方法中的参数已经限定了参数泛型上限为Number，所以泛型为String是不在这个范围之内，所以会报错

2、类型通配符下限通过形如 List来定义，表示类型只能接受Number及其三层父类类型，如 Object 类型的实例。

3、关于上限，? extends Number,Number类的子类如下：

java.lang.Byte,
​
java.lang.Double,
​
java.lang.Float,
​
java.lang.Long,
​
java.lang.Short

这就是？参数范围。

 

4、关于上界下界

上界的list只能get，不能add（确切地说不能add出除null之外的对象，包括Object）

下界的list只能add，不能get

add和get涉及到具体的数据类型了：

add方法是先给预添加的对象创建一个引用，再让这个引用指向具体的父类或子类对象；

get方法是返回具体的类（假设为类型1），必须有一个类型1或类型1的父类引用去指向它；

规定了上界：如果add添加对象，java不知道要为哪一个具体的类添加引用，但java不会自动选择；如果get对象，却可以（人为地）使用上界类创建引用了（因为代码中规定了上界，一看便知）。

规定了下界：如果add添加对象，java不知道要为哪一个具体的类添加引用，这里就可以（人为地）添加下界类的子类对象了（因为代码中规定了下界，一看便知）；如果get对象，只能用预获取的类的‘同类’或父类创建引用，但程序员不知道get出来的是哪个类。

图解：

 

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示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
  
class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}
class Jonathan extends Apple {}
class Orange extends Fruit {}
  
public class CovariantArrays {
  public static void main(String[] args) {
    //上界
    List<? extends Fruit> flistTop = new ArrayList<Apple>();
    flistTop.add(null);
    //add Fruit对象会报错
    //flist.add(new Fruit());
    Fruit fruit1 = flistTop.get(0);
  
    //下界
    List<? super Apple> flistBottem = new ArrayList<Apple>();
    flistBottem.add(new Apple());
    flistBottem.add(new Jonathan());
    //get Apple对象会报错
    //Apple apple = flistBottem.get(0);
  }
}

 

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