带你入门Java的泛型

泛型

1、简单泛型

泛型的主要目的之一就是用来指定容器要持有什么类型的对象，而且由编译器来保证类型的正确性。

泛型暂时不指定类型，在使用时决定具体使用什么类型。通过<t>来实现，t就是类型参数。

（1）元组

class twotuple<a,b>{
    public final a first;
    public final b second;
    public twotuple(a a,b b){
        first = a;
        second = b;
    }

    @override
    public string tostring() {
        return "{ " + first +
                ", " + second +
                '}';
    }
}

（2）堆栈

class linkedstack<t>{
    private class node {
        t item;
        node next;
        node() { item = null; next = null; }
        node(t item, node next) {
            this.item = item;
            this.next = next;
        }
        boolean end() { return item == null && next == null; }
    }

    private node top = new node();
    public void push(t item) { top = new node(item, top); }
    public t pop() {
        t result = top.item;
        if(!top.end())
            top = top.next;
        return result;
    }
}
（3）randomlist
class randomlist<t>{
    private arraylist<t> storage = new arraylist<>();
    private random rand = new random(47);
    public void add(t item){
        storage.add(item);
    }
    public t select(){
        return storage.get(rand.nextint(storage.size()));
    }
}

2、泛型接口

泛型也可以应用于接口，例如生成器，这是一种专门负责创建对象的类。

import net.mindview.util.generator;
import java.util.iterator;

class fibonacci implements generator<integer> {
    private int count = 0;
    public integer next(){
        return fib(count++);
    }
    private int fib(int n){
        if(n<2) return 1;
        return fib(n-2) + fib(n-1);
    }
}

class iterablefibonacci implements iterable<integer> {
    private fibonacci fib = new fibonacci();
    private int n;
    public iterablefibonacci(int count){
        n = count;
    }

    @override
    public iterator<integer> iterator() {
        return new iterator<integer>() {
            @override
            public boolean hasnext() {
                return n>0;
            }

            @override
            public integer next() {
                n--;
                return fib.next();
            }
            public void remove() { // not implemented
                throw new unsupportedoperationexception();
            }
        };
    }
}

3、泛型方法

　　泛型方法使得该方法能够独立于类而产生变化。使用泛型方法的时候，通常不必指明参数类型，因为编译器会为我们找出具体的类型，这称为类型参数推断。

 class genericmethods{
     public <t> void f(t x){
      system.out.println(x.getclass().getsimplename());
     }
}

（1）类型推断

　　使用泛型有时候需要向程序中加入更多的代码。如下所示：

 map<person,list<? extends pet>> petperson = 
     new hashmap<person,list<? extends pet>>();

在泛型方法中可以通过类型推断来简化一部分工作。如下所示：

class new{
    public static <k,v> map<k,v> map(){
        return new hashmap<k,v>();
    }

    public static void main(string[] args) {
        map<person,list<? extends pet>> petperson = new.map();
    }
}

类型推断只对赋值操作有效，其他时候并不起作用。如果将一个泛型方法的结果作为参数，传递给另一个方法时，另一个方法需要显式的类型说明。如下所示：

public class explicittypespecification{
    static void f(map<person,list<? extends pet>> petperson){}
    public static void main(string[] args) {
        f(new.<person,list<? extends pet>>map());
    }
}

（2）通用的generator

import net.mindview.util.generator;

public class basicgenerator<t> implements generator<t>{
    private class<t> type;
    public basicgenerator(class<t> type){
        this.type = type;
    }
    public t next(){
        try {
            return type.newinstance();
        }catch (exception e){
            throw new runtimeexception(e);
        }
    }
    public static <t> generator<t> create(class<t> type){
        return new basicgenerator<t>(type);
    }
}

（3）set实用工具实现数学方法

public class sets{
    @suppresswarnings("unchecked")
    protected static <t> set<t> copy(set<t> s) {
        if(s instanceof enumset)
            return ((enumset)s).clone();
        return new hashset<t>(s);
    }

    //并集
    public static <t> set<t> union(set<t> a, set<t> b) {
        set<t> result = copy(a);
        result.addall(b);
        return result;
    }
    //交集
    public static <t> set<t> intersection(set<t> a, set<t> b) {
        set<t> result = copy(a);
        result.retainall(b);
        return result;
    }
    //差集
    public static <t> set<t> difference(set<t> superset, set<t> subset) {
        set<t> result = copy(superset);
        result.removeall(subset);
        return result;
    }
    //包含除了交集以外的所有元素
    public static <t> set<t> complement(set<t> a, set<t> b) {
        return difference(union(a, b), intersection(a, b));
    }
}

4、擦除

java泛型是使用擦除来实现的，这意味着当你在使用泛型时，任何具体的类型信息都被擦除了，你唯一知道的就是你在使用一个对象。因此list<string>和list<integer>在运行时事实上是相同的类型，都被擦除成它们的“原生”类型list。

（1）迁移兼容性

泛型类型只有在静态类型检查期间才出现，在此之后，程序中的所有泛型类型都将被擦除，替换为他们的非泛型上界。擦除的核心动机是它使得泛化的客户端可以用非泛化的类库来使用，反之亦然，这经常被称为“迁移兼容性”。

（2）擦除的问题

泛型的所有关于参数的类型信息都丢失了，所以不能用于显式地引用运行时类型的操作之中，例如转型、instanceof操作和new表达式。

5、擦除的补偿

（1）由于擦除原因，无法通过instanceof比较类型。如果引入类型标签，就可以转而使用动态的isinstance()。

public class classtypecapture<t>{
    class<t> kind;
    public classtypecapture(class<t> kind){
        this.kind = kind;
    }
    public boolean f(object arg){
        return kind.isinstance(arg);
    }
}

（2）创建类型实例

通过工厂对象来创建实例。如果使用类型标签，就可以使用newinstance()来创建这个类型的新对象。

class classasfactory<t>{
    t x;
    public classasfactory(class<t> kind){
        try{
            x = kind.newinstance();
        }catch(exception e){
            throw new runtimeexception(e);
        }
    }
}

如果类没有默认的构造器，上面的案例会创建失败。为了解决这个问题，可以通过显示的工厂来实现。

interface factoryi<t>{
    t create();
}
class foo2<t>{
    private t x;
    public <f extends factoryi<t>> foo2(f factory){
        x = factory.create();
    }
}
class integerfactory implements factoryi<integer>{
    public integer create(){
        return new integer(6);
    }
}

另一种方式是模板方法设计模式。

abstract class genericwithcreate<t>{
    final t element;
    genericwithcreate(){ element = create(); }
    abstract t create();
}

class x{}

class creator extends genericwithcreate<x>{
    x create(){ return new x(); }
}

（3）泛型数组

无法通过 t[] array = new t[sz] 来创建泛型数组，一般的解决方法是在需要泛型数组的地方都使用arraylist。

在创建泛型数组时，有以下三种情况：

①创建时强制转型

public class genericarray<t>{
    private t[] array;
    @suppresswarnings("unchecked")
    public genericarray(int sz){
        array = (t[])new object[sz];
    }
    public t[] rep(){ return array; }

    public static void main(string[] args) {
        genericarray<integer> gai = new genericarray<integer>(10);
        integer[] ia = gai.rep();//引起classcastexception
        object[] oa = gai.rep();
    }
}

②方法返回时强制转型

class genericarray2<t>{
    private object[] array;
    @suppresswarnings("unchecked")
    public genericarray(int sz){
        array = new object[sz];
    }
    public t[] rep(){ return (t[])array; }
    public static void main(string[] args) {
        genericarray<integer> gai = new genericarray<integer>(10);
        integer[] ia = gai.rep();//引起classcastexception
        object[] oa = gai.rep();
    }
}

③使用array.newinstance()

以上两种方法都无法创建具体类型的数组，无法推翻底层的数组类型，只能是object[]。通过传入类型标记class<t>，可以从擦除中恢复。

class genericarray3<t>{
    private t[] array;
    @suppresswarnings("unchecked")
    public genericarray(class<t> type,int sz){
        array = (t[]) array.newinstance(type,sz);
    }
    public t[] rep(){ return array; }
    public static void main(string[] args) {
        genericarray<integer> gai = new genericarray<integer>(integer.class,10);
        integer[] ia = gai.rep();//可以正常运行
        object[] oa = gai.rep();
    }
}

6、边界

边界使得你可以在用于泛型的参数类型上设置限制条件，可以按照自己的边界类型来调用方法。

public class test {
    public static void main(string[] args) {
        man m = new man();
        m.hear();
        m.smell();
    }
}

interface superpower{}
interface superhearing extends superpower{
    void hearsubtlenoises();
}
interface supersmell extends superpower{
    void trackbysmell();
}

class superhero<power extends superpower>{
    power power;
    superhero(power power){ this.power = power; }
    power getpower(){ return power; }
}

class cainehero<power extends superhearing & supersmell> extends superhero<power>{
    cainehero(power power){ super(power); }
    void hear(){ power.hearsubtlenoises(); }
    void smell(){ power.trackbysmell(); }
}

class superhearsmell implements superhearing,supersmell{

    @override
    public void hearsubtlenoises() {
        system.out.println("hearsubtlenoises");
    }

    @override
    public void trackbysmell() {
        system.out.println("trackbysmell");
    }
}

class man extends cainehero<superhearsmell>{
    man(){ super(new superhearsmell()); }
}

7、通配符

（1）list<? extends fruit>协变

表示具有任何从fruit继承的类型的列表。list<? extends fruit>可以合法地指向一个list<apple>。一旦执行这种类型的向上转型，就将丢失掉向其中传递任何对象的能力，甚至是传递object也不行。

list<? extends fruit> flist =
    arrays.aslist(new apple());
//compile error：can't add any type of object
//add()的参数是<? extends fruit>，编译器不知道需要fruit的哪个
//具体的子类型，因此不接受任何类型的fruit
//flist.add(new apple());
//flist.add(new fruit());
//flist.add(new object());
flist.add(null);//legal but uninteresting
apple a = (apple)flist.get(0);//no warning
fruit f = flist.get(0);//no warning
flist.contains(new apple());//参数是object
flist.indexof(new apple());//参数是object

（2）list<? super fruit>逆变

超类型通配符可以安全地传递一个类型对象到泛型类型中。list<? super fruit>意味着向其中添加fruit或fruit的子类型是安全的。

list<? super fruit> flist = new arraylist<fruit>();
        flist.add(new apple());
        flist.add(new fruit());
//error:incompatible type
//fruit f = flist.get(0);
object f = flist.get(0);//ok,but type information has been lost

（3）无界通配符list<?>

list实际上表示“持有任何object类型的原生list”，list<?>表示“具有某种特定类型的非原生list，只是我们不知道那种类型是什么”，list<? extends object>表示“类型是object的导出类”。

无界通配符的一个重要应用：处理多个泛型参数时，允许一个参数可以是任何类型，同时为其他参数确定某种特定类型。

map<string,?> map = new hashmap<string,integer>;
map = new hashmap<string,string>;

原生holder与holder<?>是大致相同的事物，但存在不同。它们会揭示相同的问题，但是后者将这些问题作为错误而不是警告报告。

static void rawargs(holder holder,object arg){
    //holder.set(arg);
    //warning:unchecked call to set(t) as member
    //of the raw type holder
    //holder.set(new wildcards());//same warning
    //can't do this:don't have any 't'
    //t t = holder.get();
    //ok,but type infomation has been lost
    object obj = holder.get();
}
//similar to rawargs(),but errors instead of warnings
static void unboundedarg(holder<?> holder,object arg){
    //holder.set(arg);
    //error:set(capture of ?) in holder<capture of ?>
    //cannot be applied to (object)
    //holder.set(new wildcards());//same error
    //can't do this:don't have any 't'
    //t t = holder.get();
    //ok,but type infomation has been lost
    object obj = holder.get();
}

（4）捕获转换

未指定的通配符类型被捕获，并被转换为确切类型。在f2()中调用f1()，参数类型在调用f2()的过程中被捕获，因此它可以在对f1()的调用中被使用。不能从f2()中返回t，因为t对于f2()来说是未知的。

static <t> void f1(holder<t> holder){
    t t = holder.get();
     system.out.println(t.getclass().getsimplename());
}

static <t> void f2(holder<t> holder){
    f1(holder);
}

8、问题

（1）任何基本类型都不能作为类型参数

（2）实现参数化接口

一个类不能实现同一个泛型接口的两种变体。将泛型参数移除掉后，这段代码就可以正常编译了。

interface payable<t>{}

class employee implements payable<employee>{}

//compile error:cannot be inherited with different type arguments
class hourly extends employee implements payable<hourly>{}

（3）转型和警告

使用带有泛型类型参数的转型或instanceof不会有任何效果。

由于擦除原因，编译器无法知道这个转型是否安全，并且pop()方法实际上并没有执行任何转型。如果没有@suppresswarnings注解，编译器将对pop()产生“unchecked cast”警告。

private int index = 0;
private object[] storage;
@suppresswarnings("unchecked")
public t pop(){ return (t)storage[--index]; }

（4）重载

由于擦除的原因，重载方法将产生相同的类型签名，导致程序不能编译。

public class uselist<w,t>{
     void f(list<t> v){}
     void f(list<w> v){}
 }

（5）基类劫持了接口

一旦为comparable确定了comparablepet参数，那么其他任何实现类都不能与comparablepet之外的任何对象比较。在前面的“实现参数化接口”章节里面的第一个例子，就体现了基类劫持接口。

public class comparablepet
implements comparable<comparablepet> {
  public int compareto(comparablepet arg) {
      return 0;
  }
}

class cat extends comparablepet implements comparable<cat>{
  // error: comparable cannot be inherited with
  // different arguments: <cat> and <pet>
  public int compareto(cat arg) { return 0; }
} ///:~

class hamster extends comparablepet
    implements comparable<comparablepet>{
    public int compareto(comparablepet arg) {
        return 0;
    }
}

9、自限定

class subtype extends basicholder<subtype> {}这样用，就构成自限定了。从定义上来说，它继承的父类的类型参数是它自己。

从使用上来说，subtype对象本身的类型是subtype，且subtype对象继承而来的成员(element)、方法的形参(set方法)、方法的返回值(get方法)也是subtype了（这就是自限定的重要作用）。这样subtype对象就只允许和subtype对象（而不是别的类型的对象）交互了。

class basicholder<t> {
    t element;
    void set(t arg) { element = arg; }
    t get() { return element; }
    void f() {
        system.out.println(element.getclass().getsimplename());
    }
}

class subtype extends basicholder<subtype> {}

public class crgwithbasicholder {
    public static void main(string[] args) {
        subtype st1 = new subtype(), st2 = new subtype(), st3 = new subtype();
        st1.set(st2);
        st2.set(st3);
        subtype st4 = st1.get().get();
        st1.f();
    }
} /* output:
subtype
*/

10、异常

由于擦除原因，将泛型应用于异常是非常受限的。但是，类型参数可能会在一个方法的throws子句中用到，这使得你可以编写随检查型异常的类型而发生变化的泛型代码。

interface
processor<t,e extends exception> {
    void process(list<t> resultcollector) throws e;
}

class
processrunner<t,e extends exception>
        extends arraylist<processor<t,e>> {
    list<t> processall() throws e {
        list<t> resultcollector = new arraylist<t>();
        for(processor<t,e> processor : this)
            processor.process(resultcollector);
        return resultcollector;
    }
}

class failure extends exception {}

class processor1 implements
        processor<string,failure> {
    static int count = 3;
    public void process(list<string> resultcollector)
            throws failure1_1, failure1_2 {
        if(count-- > 1)
            resultcollector.add("hep!");
        else
            resultcollector.add("ho!");
        if(count < 0)
                throw new failure1();
    }
}

public class test {
    public static void main(string[] args) {
        processrunner<string,failure> runner =
                new processrunner<string,failure>();
        for(int i = 0; i < 3; i++)
            runner.add(new processor1());
        try {
            system.out.println(runner.processall());
        } catch(failure e) {
            system.out.println(e);
        }
    }
}

总结

本篇文章就到这里了，希望能给您带来帮助，也希望您能够多多关注www.887551.com的更多内容！

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