Java 泛型

泛型 ( generics ) 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

有了 Java 泛型,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

泛型方法

泛型方法是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

定义一个泛型方法需要遵守一定的规则

  1. 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 ( <E> )

  2. 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

  3. 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

  4. 泛型方法体的声明和其它方法一样

    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 等)

范例

下面的代码定义了一个泛型方法用于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( "\n双精度型数组元素为:" );
        printArray( doubleArray ); // 传递一个双精度型数组

        System.out.println( "\n字符型数组元素为:" );
        printArray( charArray ); // 传递一个字符型数组
    } 
}

编译运行以上 Java 代码,输出结果如下

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

泛型很好用,但有时候我们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

这时候就要用到有界类型参数

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

范例

下面的范例演示了 "extends" 如何使用在一般意义上的意思 "extends" (类) 或者 "implements" (接口)

该范例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\n\n",
                   3, 4, 5, maximum( 3, 4, 5 ) );

      System.out.printf( "%.1f, %.1f 和 %.1f 中最大的数为 %.1f\n\n",
                   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\n","pear",
         "apple", "orange", maximum( "pear", "apple", "orange" ) );
   }
}

编译运行以上 Java 代码,输出结果如下

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

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

下面的代码演示了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) {
    Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
    Box<String> stringBox = new Box<String>();

    integerBox.add(new Integer(10));
    stringBox.add(new String("简单编程"));

    System.out.printf("整型值为 :%d\n\n", integerBox.get());
    System.out.printf("字符串为 :%s\n", stringBox.get());
  }
}

编译运行以上代码,运行结果如下所示

整型值为 :10

字符串为 :简单编程

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<String>,List<Integer> 等所有 List<具体类型实参> 的父类

    public class GenericTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            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);
    
            getData(name);
            getData(age);
            getData(number);
    
       }
    
       public static void getData(List<?> data) {
          System.out.println("data :" + data.get(0));
       }
    }
    

    编译运行以上 Java 代码,输出结果如下

    data :icon
    data :18
    data :314
    

    getDate() 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 extends <Number>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

    public class GenericTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            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);
    
            //getUperNumber(name);//1
            getUperNumber(age);//2
            getUperNumber(number);//3
    
       }
    
       public static void getData(List<?> data) {
          System.out.println("data :" + data.get(0));
       }
    
       public static void getUperNumber(List<? extends Number> data) {
              System.out.println("data :" + data.get(0));
           }
    }
    

    编译运行以上 Java 代码,输出结果如下

    data :18
    data :314
    

    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

  3. 类型通配符下限通过形如 List<? super Number> 来定义

    表示类型只能接受 Number 及其三层父类类型,如 Objec 类型的实例

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