泛型一看就懂
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); list.add("qqyumidi"); list.add("corn"); list.add(100); for (int i = 0; i < list.size(); i++) { String name = (String) list.get(i); // 1 System.out.println("name:" + name); } } }
定義了一個List型別的集合,先向其中加入了兩個字串型別的值,隨後加入一個Integer型別的值。這是完全允許的,因為此時list預設的型別為Object型別。在之後的迴圈中,由於忘記了之前在list中也加入了Integer型別的值或其他編碼原因,很容易出現類似於//1中的錯誤。因為編譯階段正常,而執行時會出現“java.lang.ClassCastException”異常。因此,導致此類錯誤編碼過程中不易發現。
在如上的編碼過程中,我們發現主要存在兩個問題:
1.當我們將一個物件放入集合中,集合不會記住此物件的型別,當再次從集合中取出此物件時,改物件的編譯型別變成了Object型別,但其執行時型別任然為其本身型別。
2.因此,//1處取出集合元素時需要人為的強制型別轉化到具體的目標型別,且很容易出現“java.lang.ClassCastException”異常。
那麼有沒有什麼辦法可以使集合能夠記住集合內元素各型別,且能夠達到只要編譯時不出現問題,執行時就不會出現“java.lang.ClassCastException”異常呢?答案就是使用泛型。
二.什麼是泛型?
泛型,即“引數化型別”。一提到引數,最熟悉的就是定義方法時有形參,然後呼叫此方法時傳遞實參。那麼引數化型別怎麼理解呢?顧名思義,就是將型別由原來的具體的型別引數化,類似於方法中的變數引數,此時型別也定義成引數形式(可以稱之為型別形參),然後在使用/呼叫時傳入具體的型別(型別實參)。
看著好像有點複雜,首先我們看下上面那個例子採用泛型的寫法。
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { /* List list = new ArrayList(); list.add("qqyumidi"); list.add("corn"); list.add(100); */ List<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("qqyumidi"); list.add("corn"); //list.add(100); // 1 提示編譯錯誤 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { String name = list.get(i); // 2 System.out.println("name:" + name); } } }
採用泛型寫法後,在//1處想加入一個Integer型別的物件時會出現編譯錯誤,通過List<String>,直接限定了list集合中只能含有String型別的元素,從而在//2處無須進行強制型別轉換,因為此時,集合能夠記住元素的型別資訊,編譯器已經能夠確認它是String型別了。
結合上面的泛型定義,我們知道在List<String>中,String是型別實參,也就是說,相應的List介面中肯定含有型別形參。且get()方法的返回結果也直接是此形參型別(也就是對應的傳入的型別實參)。下面就來看看List介面的的具體定義:
public interface List<E> extends Collection<E> { int size(); boolean isEmpty(); boolean contains(Object o); Iterator<E> iterator(); Object[] toArray(); <T> T[] toArray(T[] a); boolean add(E e); boolean remove(Object o); boolean containsAll(Collection<?> c); boolean addAll(Collection<? extends E> c); boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); boolean removeAll(Collection<?> c); boolean retainAll(Collection<?> c); void clear(); boolean equals(Object o); int hashCode(); E get(int index); E set(int index, E element); void add(int index, E element); E remove(int index); int indexOf(Object o); int lastIndexOf(Object o); ListIterator<E> listIterator(); ListIterator<E> listIterator(int index); List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); }
我們可以看到,在List介面中採用泛型化定義之後,<E>中的E表示型別形參,可以接收具體的型別實參,並且此介面定義中,凡是出現E的地方均表示相同的接受自外部的型別實參。
自然的,ArrayList作為List介面的實現類,其定義形式是:
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } public E get(int index) { rangeCheck(index); checkForComodification(); return ArrayList.this.elementData(offset + index); } //...省略掉其他具體的定義過程 }
由此,我們從原始碼角度明白了為什麼//1處加入Integer型別物件編譯錯誤,且//2處get()到的型別直接就是String型別了。
三.自定義泛型介面、泛型類和泛型方法
從上面的內容中,大家已經明白了泛型的具體運作過程。也知道了介面、類和方法也都可以使用泛型去定義,以及相應的使用。是的,在具體使用時,可以分為泛型介面、泛型類和泛型方法。
自定義泛型介面、泛型類和泛型方法與上述Java原始碼中的List、ArrayList類似。如下,我們看一個最簡單的泛型類和方法定義:
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); System.out.println("name:" + name.getData()); } } class Box<T> { private T data; public Box() { } public Box(T data) { this.data = data; } public T getData() { return data; } }
在泛型介面、泛型類和泛型方法的定義過程中,我們常見的如T、E、K、V等形式的引數常用於表示泛型形參,由於接收來自外部使用時候傳入的型別實參。那麼對於不同傳入的型別實參,生成的相應物件例項的型別是不是一樣的呢?
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.Box System.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.Box System.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // true } }
由此,我們發現,在使用泛型類時,雖然傳入了不同的泛型實參,但並沒有真正意義上生成不同的型別,傳入不同泛型實參的泛型類在記憶體上只有一個,即還是原來的最基本的型別(本例項中為Box),當然,在邏輯上我們可以理解成多個不同的泛型型別。
究其原因,在於Java中的泛型這一概念提出的目的,導致其只是作用於程式碼編譯階段,在編譯過程中,對於正確檢驗泛型結果後,會將泛型的相關資訊擦出,也就是說,成功編譯過後的class檔案中是不包含任何泛型資訊的。泛型資訊不會進入到執行時階段。
對此總結成一句話:泛型型別在邏輯上看以看成是多個不同的型別,實際上都是相同的基本型別。
四.型別萬用字元
接著上面的結論,我們知道,Box<Number>和Box<Integer>實際上都是Box型別,現在需要繼續探討一個問題,那麼在邏輯上,類似於Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子關係的泛型型別呢?
為了弄清這個問題,我們繼續看下下面這個例子:
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<Number> name = new Box<Number>(99); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); getData(name); //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is //not applicable for the arguments (Box<Integer>) getData(age); // 1 } public static void getData(Box<Number> data){ System.out.println("data :" + data.getData()); } }
我們發現,在程式碼//1處出現了錯誤提示資訊:The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。顯然,通過提示資訊,我們知道Box<Number>在邏輯上不能視為Box<Integer>的父類。那麼,原因何在呢?
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<Integer> a = new Box<Integer>(712); Box<Number> b = a; // 1 Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f); b.setData(f); // 2 } public static void getData(Box<Number> data) { System.out.println("data :" + data.getData()); } } class Box<T> { private T data; public Box() { } public Box(T data) { setData(data); } public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } }
這個例子中,顯然//1和//2處肯定會出現錯誤提示的。在此我們可以使用反證法來進行說明。
假設Box<Number>在邏輯上可以視為Box<Integer>的父類,那麼//1和//2處將不會有錯誤提示了,那麼問題就出來了,通過getData()方法取出資料時到底是什麼型別呢?Integer? Float? 還是Number?且由於在程式設計過程中的順序不可控性,導致在必要的時候必須要進行型別判斷,且進行強制型別轉換。顯然,這與泛型的理念矛盾,因此,在邏輯上Box<Number>不能視為Box<Integer>的父類。
好,那我們回過頭來繼續看“型別萬用字元”中的第一個例子,我們知道其具體的錯誤提示的深層次原因了。那麼如何解決呢?總部能再定義一個新的函式吧。這和Java中的多型理念顯然是違背的,因此,我們需要一個在邏輯上可以用來表示同時是Box<Integer>和Box<Number>的父類的一個引用型別,由此,型別萬用字元應運而生。
型別萬用字元一般是使用 ? 代替具體的型別實參。注意了,此處是型別實參,而不是型別形參!且Box<?>在邏輯上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具體型別實參>的父類。由此,我們依然可以定義泛型方法,來完成此類需求。
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); Box<Number> number = new Box<Number>(314); getData(name); getData(age); getData(number); } public static void getData(Box<?> data) { System.out.println("data :" + data.getData()); } }
有時候,我們還可能聽到型別萬用字元上限和型別萬用字元下限。具體有是怎麼樣的呢?
在上面的例子中,如果需要定義一個功能類似於getData()的方法,但對型別實參又有進一步的限制:只能是Number類及其子類。此時,需要用到型別萬用字元上限。
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); Box<Number> number = new Box<Number>(314); getData(name); getData(age); getData(number); //getUpperNumberData(name); // 1 getUpperNumberData(age); // 2 getUpperNumberData(number); // 3 } public static void getData(Box<?> data) { System.out.println("data :" + data.getData()); } public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){ System.out.println("data :" + data.getData()); } }
此時,顯然,在程式碼//1處呼叫將出現錯誤提示,而//2 //3處呼叫正常。
型別萬用字元上限通過形如Box<? extends Number>形式定義,相對應的,型別萬用字元下限為Box<? super Number>形式,其含義與型別萬用字元上限正好相反,在此不作過多闡述了。
五.話外篇
本文中的例子主要是為了闡述泛型中的一些思想而簡單舉出的,並不一定有著實際的可用性。另外,一提到泛型,相信大家用到最多的就是在集合中,其實,在實際的程式設計過程中,自己可以使用泛型去簡化開發,且能很好的保證程式碼質量。並且還要注意的一點是,Java中沒有所謂的泛型陣列一說。
對於泛型,最主要的還是需要理解其背後的思想和目的。
原文:http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3837629.html
注:個人只做學習筆記