java 泛型

一、什么是泛型？

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监测机制，该机制允许程序员在编译时监测非法的类型。使用泛型机制编写的程序代码要比杂乱地使用 Object 变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。

泛型，即“参数化类型”。

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，定义时用某个名称代替，使用/调用时传入具体的值。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{

}

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

如上，系统的 ArrayList 类定义时用 <E> 标记数据类型，使用时，确定 E 为具体的 String 类型。

使用泛型解决的问题：

List list = new ArrayList();
list.add("a");
list.add(100);

for(int i = 0; i < list.size(); i++){
    String item = (String)list.get(i);
    Log.d("泛型测试", "item = " + item);
}

运行后，程序崩溃：

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String

因为将 Integer 类型数据以 String 的方式使用，因此程序崩溃了。泛型可以在编译阶段解决类似这样的问题。

将第一行声明初始化 list 的代码更改一下，编译器会在编译阶段发现类似这样的问题。

List<String> list = new ArrayList<String>();
...
list.add(100);   // 在编译阶段，编译器就会报错

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

二、泛型特性

泛型只在编译阶段有效。

List<String> stringList   = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();

Class stringListCls  = stringList.getClass();
Class integerListCls = integerList.getClass();

if(stringListCls.equals(integerListCls)){
    System.out.println("类型相同");
}

通过上面的例子可以证明，在编译之后程序会采取去泛型化的措施。也就是说Java中的泛型，只在编译阶段有效。在编译过程中，正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换的方法。也就是说，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。

三、泛型的使用

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口、泛型方法。

3.1 泛型类

泛型类型用于类的定义中，被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类，如：List、Set、Map。

// T 可以随便写为任意标识，常见的如 T、E、K、V 等形式的参数常用于表示泛型
// 在实例化泛型类时，必须指定 T 的具体类型
public class Generic<T>{ 
    // 类型为 T
    private T key;
    
    // 参数类型为 T
    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }
    
    // 返回类型为 T
    public T getKey() {
        return key;
    }
}
    
Generic<Integer> generic = new Generic<Integer>(123456);
// Generic generic = new Generic("123456");

泛型的类型参数只能是类类型（包括自定义类），不能是简单类型。

在使用泛型的时候如果传入泛型实参，则会根据传入的泛型实参做相应的限制，此时泛型才会起到本应起到的限制作用；如果不传入泛型类型实参的话，在泛型类中使用泛型的方法或成员变量定义的类型可以为任何的类型。

不能对确切的泛型类型使用 instanceof 操作。

if (ex_num instanceof Generic<Number>){   
}

3.2 泛型接口

public interface Generator<T> {
    public T next();
}

当实现泛型接口的类，未传入泛型实参时：

/**
 * 未传入泛型实参时，与泛型类的定义相同，在声明类的时候，需将泛型的声明也一起加到类中
 * 即：class FruitGenerator<T> implements Generator<T> {}
 * 
 * class FruitGenerator implements Generator<T>，编译器会报错："Unknown class"
 */
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

当实现泛型接口的类，传入泛型实参时：

/**
 * 传入泛型实参时：
 * 定义一个生产器实现这个接口,虽然我们只创建了一个泛型接口Generator<T>
 * 但是我们可以为T传入无数个实参，形成无数种类型的Generator接口。
 * 在实现类实现泛型接口时，如已将泛型类型传入实参类型，则所有使用泛型的地方都要替换成传入的实参类型
 * 即：Generator<T>，public T next();中的的T都要替换成传入的String类型。
 */
public class FruitGenerator implements Generator<String> {

    private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};

    @Override
    public String next() {
        Random rand = new Random();
        return fruits[rand.nextInt(3)];
    }
}

3.3 泛型通配符

同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。

Generic<Integer> 不能被看作为 Generic<Number> 的子类，因此需要一个在逻辑上可以表示同时是Generic 和 Generic 父类的引用类型。

Generic<?> obj

类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。

注意：此处 '?' 是类型实参，而不是类型形参。可以把 '?' 看成所有类型的父类，是一种真实的类型。

用 '?' 通配符来表未知类型。

3.4 泛型方法

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。

/**
 * 泛型方法的基本介绍
 * 
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为 T 类型
 * 
 * 说明：
 *     1）public 与 返回值 T 之间的 <T> 非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。
 *     2）只有声明了 <T> 的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。
 *     3）<T> 表明该方法将使用泛型类型 T，此时才可以在方法中使用泛型类型 T。
 *     4）与泛型类的定义一样，此处 T 可以随便写为任意标识，常见的如 T、E、K、V 等形式的参数常用于表示泛型。
 */
public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException, IllegalAccessException {
        T instance = tClass.newInstance();
        return instance;
}

Object obj = genericMethod(Class.forName("com.test.Test"));

1. 泛型方法的基本用法

   public class GenericTest {
      // 泛型类
   
      public class Generic<T> {     
   
           private T key;
   
           public Generic(T key) {
   
               this.key = key;
   
           }
   
           // 非泛型方法。可以使用已经声明过的泛型。
   
           public T getKey() {
   
               return key;
   
           }
   
           // 编译器会给提示 "cannot reslove symbol E"
   
           // 因为在类的声明中并未声明泛型 E，编译器会无法识别
   
           public E setKey(E key){
   
                this.key = keu
   
           }
   
       }
   
       /* 泛型方法。
   
        *
   
        * 1）public 与返回值之间的 <T> 必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型 T
   
        * 2）T 可以出现在这个泛型方法的任意位置
   
        * 3）泛型的数量也可以为任意多个。如：public <T, K> K showKeyName(Generic<T> container) {}
   
        */
   
       public <T> T showKeyName(Generic<T> container) {
   
           T test = container.getKey();
   
           return test;
   
       }
   
       // 编译器提示："UnKnown class 'T' "
   
       // 对于编译器来说 T 这个类型并未项目中声明过，因此编译也不知道该如何编译这个类。
   
       public void showkey(T genericObj){
   
       }
   
   }
   

2. 类中的泛型方法

   当泛型方法出现在泛型类中时：

   public class GenericFruit {
       class Fruit{
   
           @Override
   
           public String toString() {
   
               return "fruit";
   
           }
   
       }
   
       class Apple extends Fruit{
   
           @Override
   
           public String toString() {
   
               return "apple";
   
           }
   
       }
   
       class Person{
   
           @Override
   
           public String toString() {
   
               return "Person";
   
           }
   
       }
   
       class GenerateTest<T> {
   
           public void show_1(T t){
   
               System.out.println(t.toString());
   
           }
   
           // 在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型 T，注意这个 T 是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
   
           public <T> void show_2(T t){
   
               System.out.println(t.toString());
   
           }
   
           // 在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型 E，这种泛型 E 可以为任意类型。可以类型与 T 相同，也可以不同。
   
           // 由于泛型方法在声明的时候会声明泛型 <E>，因此即使在泛型类中并未声明泛型，编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
   
           public <E> void show_3(E t){
   
               System.out.println(t.toString());
   
           }
   
       }
   
       public static void main(String[] args) {
   
           Apple apple = new Apple();
   
           Person person = new Person();
   
           GenerateTest<Fruit> generateTest = new GenerateTest<Fruit>();
   
           //apple是Fruit的子类，所以这里可以
   
           generateTest.show_1(apple);
   
           //编译器会报错，因为泛型类型实参指定的是Fruit，而传入的实参类是Person
   
           //generateTest.show_1(person);
   
           //使用这两个方法都可以成功
   
           generateTest.show_2(apple);
   
           generateTest.show_2(person);
   
           //使用这两个方法也都可以成功
   
           generateTest.show_3(apple);
   
           generateTest.show_3(person);
   
       }
   
   }
   

3. 泛型方法与可变参数

   public <T> void printMsg( T... args){
       for(T t : args){
   
       }
   
   }
   

4. 静态方法与泛型

   在类中的静态方法使用泛型：静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候，必须要将泛型定义在方法上。

   即：如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法 。

   public class StaticGenerator<T> {
       // public static void show(T t){} 编译器会提示错误信息："StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
   
       public static <T> void show(T t){
   
       }
   
   }
   

5. 泛型方法总结

   泛型方法能使方法独立于类而产生变化。

3.5 泛型上下边界

1. 上限通配符

   Upper Bounded Wildcards。

   <?  extends  U>
   

   表示这个未知类型 U，或者 通过关键字 extends 所能想象出的 U 类的任何一个子类。

2. 下限通配符

   Lower Bounded Wildcards。

   <?  super  L>
   

   表示这个未知类型 L，或者通过关键字 super 所能想象出的 L 类的任何一个超类。

在使用泛型的时候，还可以为传入的泛型类型实参进行上下边界的限制，如：类型实参只准传入某种类型的父类或某种类型的子类。

为泛型添加上边界，即传入的类型实参必须是指定类型的子类型

public void show(Generic<? extends Number> obj){

}

Generic<String> generic = new Generic<String>("aaa");
show(generic);  // 编译器会提示错误，因为 String 类型不是 Number 类型的子类

修改泛型类的定义:

public class Generic<T extends Number>{
    private T key;

    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){
        return key;
    }
}

Generic<String> generic = new Generic<String>("aa");  // 编译器报错，同样的原因

再来一个泛型方法的例子：

// 在泛型方法中添加上下边界限制的时候，必须在权限声明与返回值之间的 <T> 上添加上下边界
// public <T> T showKeyName(Generic<T extends Number> container)，编译器会报错："Unexpected bound"
public <T extends Number> T show(Generic<T> container){
    T test = container.getKey();
    return test;
}

总结：泛型的上下边界添加，必须与泛型的声明在一起 。

3.6 泛型数组

sun 的说明文档“不能创建一个确切的泛型类型的数组”。

也就是说下面的这个例子是不可以的：

List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10];  // 不可以
List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10];  // 使用通配符创建泛型数组是可以的
List<String>[] ls = new ArrayList[10];  // 可以

Sun 的一篇文档的一个例子：

List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // Not really allowed.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Unsound, but passes run time store check    
String s = lsa[1].get(0); // Run-time error: ClassCastException.

由于 JVM 泛型的擦除机制，在运行时 JVM 是不知道泛型信息的，所以可以给 oa[1] 赋上一个 ArrayList 而不会出现异常，但是在取出数据的时候却要做一次类型转换，所以就会出现ClassCastException，如果可以进行泛型数组的声明，上面说的这种情况在编译期将不会出现任何的警告和错误，只有在运行时才会出错。

而对泛型数组的声明进行限制，对于这样的情况，可以在编译期提示代码有类型安全问题，比没有任何提示要强很多。

下面采用通配符的方式是被允许的：数组的类型不可以是类型变量，除非是采用通配符的方式，因为对于通配符的方式，最后取出数据是要做显式的类型转换的。

List<?>[] lsa = new List<?>[10]; // OK, array of unbounded wildcard type.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Correct.    
Integer i = (Integer) lsa[1].get(0); // OK 

3.7 总结

习惯上使用以下字母作为泛型声明：

• T 表示某种类型
  
• E 表示链表、数组里的元素，如 List<E>
• K 表示 map(k, v) 里的键值 key
• V 表示返回或映射的值。

泛型的使用限制：

• 不能使用基本类型的类型参数，可以使用其包装类型代替。
• 静态成员无法使用类型参数。
• 不能使用泛型类异常
• 不能实例化泛型对象或数组，如：T[] t = new T[];
• 不能使用泛型数组，如：List<String> arr[] = new ArrayList<String>[5];

四、内容来源

VieLei - java 泛型详解-绝对是对泛型方法讲解最详细的，没有之一