Core Java笔记 8.泛型(II)

本章重点：

• 高级语法：通配符
• 最佳实践

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本文介绍泛型的高级语法已经最佳实践。Java 泛型的很多限制都可以从上篇中的原理(Java 泛型机制) 来解释。

通配符

通配符是使用的角度而言的，在编译器期间执行更加严格的检查。

子类限定通配符

语法：
Pair<? extends Employee>

继承关系：

限制:
只需要从编译器如何翻译代码块的角度思考这些限制。

Employee emp = new Employee();
Manager ceo = new Manager();
Manager cfo = new Manager();

Pair<Manager> managerBuddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo);
Pair<? extends Employee> wildcardBuddies = managerBuddies; // OK

// 编译器只知道是某个Employee的子类，编译器推断不出具体的类型
// 限制: 编译器拒绝任何特定类型
// void setFirst(? extends Employee)
wildcardBuddies.setFirst(ceo); // compile-time error
wildcardBuddies.setFirst(emp); // compile-time error
wildcardBuddies.setFirst(new Object()); // compile-time error

// ? extends Employee getFirst()
Employee ret = wildcardBuddies.getFirst(); // OK

超类限定通配符

语法：
Pair<? super Manager>

继承关系：

限制：

Employee e1 = new Employee();
Employee e2 = new Employee();
Manager ceo = new Manager();
Pair<Employee> employeeBuddies = new Pair<Employee>();
Pair<? super Manager> wildcardBuddies = employeeBuddies;  // OK

// 编译器值知道是某个Manager的父类
// 限制: 编译器拒绝任何特定类型
// ? super Manager
Manager ret = wildcardBuddies.getFirst(); // compile-time error

// void setFirst(? super Manager)
wildcardBuddies.setFirst(e1);  // compile-time error
wildcardBuddies.setFirst(ceo); // OK

更加严格的写法：

public static <T extends Comparable> T min(T[] a);

// 更加严格的写法
public static <T extends Comparable<? super T>> T min(T[] a);

解释：
该泛型方法使用Comparable<? super T>进行擦除，现在 compareTo 写成：
int compareTo(? super T). 表明只需要 T的父类有 compareTo() 方法即可.
例如：GregorianCalendar 是 Calendar 的子类，Calendar实现了Comparable, 但是 GregorianCalendar 并没有重写Comparable, 所以：
public static <T extends Comparable> T min(T[] a); 是不够的。

补充：无限定通配符

语法：
Pair<?>

限制：

? getFirst();  // 只能赋给一个Object
void setFirst(?); // 无法调用, Object也不行

存在的理由:
对于简单的操作，代替泛型方法，更加具有可读性。
比如：

public static <T> boolean hasNulls(Pair<T> p)
// 可以写成：
public static boolean hasNull(Pair<?> p) {
   return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null; 
}

局限：
? 不能作为一种类型。? t = xx 非法。
这样导致只能代替操作简单的泛型方法。比如swap都写不了.

public static void swap(Pair<?> p) {
    ? t = p.getFirst;   // ERROR
    p.setFirst(p.getSecond);
    p.setSecond(t);
}

// 这时候只能：
public static <T> void swapHelper(Pair<T> p) {
    T t = p.getFirst;   // ERROR
    p.setFirst(p.getSecond);
    p.setSecond(t);
}

public static void swap(Pair<?> p) {
    swapHelper(p);
}

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最佳实践

1.不能使用基本类型实例化类型参数. 才有 wrapper 即可.

2.类型查询只适用于原始类型. 即类型检查直接使用原始类型即可.

if (a instanceof Pair<String>) // same as "a instanceof Pair"
if (a instanceof Pair<T>) // T is ignored
Pair<String> p = (Pair<String>)a; // can only test that a is a Pair

Pair<String> stringPair = ...;
Pair<Employee> employeePair = ...;
if (stringPair.getClass() == employeePair.getClass()) // they are equal, Pair.class

3.泛型类无法扩展 Throwable，也无法抛出泛型类.

// 1. 泛型类无法扩展 Throwable
public class Problem<T> extends Exception {/*...*/} // ERROR -- can't extend Throwable(编译无法通过)
// 2. 不能抛出泛型类示例
public static <T extends Throwable> void doWork(Class<T> t) {
    try {
        do work
    } catch (T e) {// ERROR -- cant't catch type variable
        Logger.global.info(...)
    }
}
// 正确时间：
public static <T extends Throwable> void doWork(Class<T> t) {
    try {
        do work
    } catch (Throwable realCause) {
        t.intCause(realCause);
        throw t;
    }
}

4.参数化类型的数组不合法，而是采用容器类存储.

Pair<String>[] table = new Pair<String>[10];  // ERROR

5.可以声明类型参数，但不能实例化类型参数

new T(...), new T[...], T.class 非法. 但是可以声明.

问题1.

public Pair() { first = new T(); second = new T(); } // ERROR
first = T.class.newInstance(); // ERROR

// 最佳实践: 指定T的类型
public static <T> Pair<T> makePair(Class<T> clazz) {
    try {
        return new Pair(clazz.newInstance(), clazz.newInstance());
    } catch (Exception e) {
        return null;
    }
}
Pair<String> stringPair = Pair.<String>makePair(String.class);// OK

问题2.

public static <T extends Comparable<? super T>> T[] minmax(T... a) {
    // T[] mm = new T[2]; // ERROR, Type parameter 'T' cannot be instantiated directly
    Object[] mm = new Object[2];
    mm[0] = a[0];
    mm[1] = a[1];
    return (T[])mm; // T 被擦成Comparable, 运行时会ClassCastException, 而Object不是Comparable
}

public static void main(String[] args) {
    String[] ss = minmax("Tom", "Dick", "Harry"); // ClassCastException!!!
}
// Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Comparable
}

// 最佳实践: 
public static <T extends Comparable<? super T>> T[] minmax(T... a) {
    T[] mm = (T[])Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), 2);
    ...
    return mm;
}

问题3.

public class ArrayList<T> {
    private T[] elements;

    public ArrayList() { elements  = (T[]) new Object[10]; }

    public T get(int n) { return elements[n]; }
    public void set(int n, T e) { elements[n] = e; }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> src = new ArrayList<String>();
        src.set(0, "hello");
        src.set(1, "world");
        // String[]和Object[]是不同的类型.
//        String[] copy = src.toArray(); // Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.String;
        
        String[] copy2 = new String[100];
        src.toArray(copy2);
        System.out.println(Arrays.toString(copy2));  // OK
    }
    
    public T[] toArray() {
        // 可以分析：elements.getClass().getComponentType()实质是Object， 所以返回的类型实质是:Object[],
        T[] result = (T[]) Array.newInstance(elements.getClass().getComponentType(), elements.length);
        return result;
    }

    public T[] toArray(T[] src) {
        for (int i = 0; i < elements.length; ++i) {
            src[i] = elements[i];
        }
        return src;
    }
}

6.不能在静态域或者方法中使用类型变量. 因为静态域是类共享的.

7. 当T和S有继承关系时，Pair<T> 和 Pair<S> 没有继承关系.

8. Java SE5.0 增加了对泛型的反射API.

Java SE5.0 增加了 java.lang.reflect.Type 来支持类型的反射信息.
public void <T extends Comparalbe<? super T>> minmax(T... a);