java泛型详解

package Generics;

import java.util.Date;

class TwoTuple<A,B>{
	public final A first;
	public final B second;

	public TwoTuple(A a,B b){ //这里是括号，不是中括号
		first = a;
		second = b;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + ")";
	}
}

class ThreeTuple<A,B,C> extends TwoTuple<A,B>{
	private final C three;
	public ThreeTuple(A a,B b,C c){
		super(a,b);
		three = c;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";
	}
}
public class TupleTest {
	public static void main(String[] args) {
		TwoTuple<Integer,String> twoT = new TwoTuple<Integer,String>(99,"掌上洪城");
		System.out.println(twoT);
		System.out.println("======扩展元组类库后======");
		ThreeTuple<Integer,String,Date> threeT= new ThreeTuple<Integer,String,Date>(99,"掌上洪城",new Date());
		System.out.println(threeT);
	}
}
/*输出结果为：
 * (99,掌上洪城)
======扩展元组类库后======
(99,掌上洪城,Thu Apr 28 17:59:30 CST 2016)
 * */

4、怎么自定义泛型接口、泛型类？

4.1 java泛型接口、泛型类简介

泛型类中的类型参数几乎可以用于任何可以使用接口名、类名的地方，下面的代码示例展示了 JDK 5.0 中集合框架中的 Map 接口的定义的一部分：

public interface Map<K, V> {

public void put(K key, V value);

public V get(K key);

}

当声明或者实例化一个泛型的对象时，必须指定类型参数的值：

Map<String, String> map = newHashMap<String, String>();

对于常见的泛型模式，推荐的名称是：

K ——键，比如映射的键。

V ——值，比如 List 和 Set 的内容，或者 Map 中的值。

E ——异常类。

T ——泛型。

泛型不是协变的

关于泛型的混淆，一个常见的来源就是假设它们像数组一样是协变的。其实它们不是协变的。List<Object> 不是 List<String> 的父类型。

如果 A 扩展 B，那么 A 的数组也是 B 的数组，并且完全可以在需要 B[] 的地方使用 A[]：

Integer[] intArray = new Integer[10];

Number[] numberArray = intArray;

上面的代码是有效的，因为一个Integer 是 一个 Number，因而一个 Integer 数组是 一个 Number 数组。但是对于泛型来说则不然。下面的代码是无效的：

List<Integer> intList = newArrayList<Integer>();

List<Number> numberList = intList; //invalid

最初，大多数 Java 程序员觉得这缺少协变很烦人，或者甚至是“坏的（broken）”，但是之所以这样有一个很好的原因。如果可以将List<Integer> 赋给 List<Number>，下面的代码就会违背泛型应该提供的类型安全：

List<Integer> intList = newArrayList<Integer>();

List<Number> numberList = intList; //invalid

numberList.add(new Float(3.1415));

因为 intList 和 numberList 都是有别名的，如果允许的话，上面的代码就会让您将不是 Integers 的东西放进 intList 中。

4.2 代码实例

package Generics;

import java.util.Random;

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

class Coffee{
	public String toString(){
		return getClass().getSimpleName();
	}
}

class Mocha extends Coffee{}
class Cappuccino extends Coffee{}
class Breve extends Coffee{}
class Latte extends Coffee{}

class CoffeeGenerator implements Generator<Coffee>{ //T为Coffee
	private static Random rand = new Random(47);
	private Class[] types = {Latte.class, Mocha.class, Cappuccino.class, Breve.class};
	public Coffee next(){ //T为Coffee
		try {
			return (Coffee)
					types[rand.nextInt(types.length)].newInstance();
		} catch (Exception e) {
			throw new RuntimeException(e);
		} 
	}
}

public class InterfaceGenTest {
	public static void main(String[] args) {
		CoffeeGenerator gen = new CoffeeGenerator();
		for(int i=0; i<4; i++){
			System.out.println(gen.next());
		}
	}
}
/*Cappuccino
Mocha
Cappuccino
Latte*/

5 怎么自定义泛型方法。

5.1 泛型方法

       泛型方法使得该方法能独立于类而产生变化。以下是一个基本的指导原则：无论何时，只要你能做到，你就应该尽量使用泛型方法。也就是说，如果使用泛型方法可以取代将整个类泛型化，那么就应该只使用泛型方法，因为它可以使事情更清楚明白。另外，对于一个static的方法而言，无法访问泛型类的类型参数。所以，如果static方法需要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法。

       要定义泛型方法，只需将泛型参数列表置于返回值之前，就像下面这样：

5.2 代码示例

package Generics;

public class GenericMethods {
//当方法操作的引用数据类型不确定的时候，可以将泛型定义在方法上
	public <T> void f(T x){
		System.out.println(x.getClass().getName());
	}
	public static void main(String[] args) {
		GenericMethods gm = new GenericMethods();
		gm.f(99);
		gm.f("掌上洪城");
		gm.f(new Integer(99));
		gm.f(18.88);
		gm.f('a');
		gm.f(gm);
	}
}
/* 输出结果：
java.lang.Integer
java.lang.String
java.lang.Integer
java.lang.Double
java.lang.Character
Generics.GenericMethods
 */

5.3 可变参数与泛型方法

泛型方法与可变参数列表能很好地共存：

package Generics;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericVarargs {
	public static <T> List<T> makeList(T... args){
		List<T> result = new ArrayList<T>();
		for(T item:args)
			result.add(item);
		return result;		 
	}
	public static void main(String[] args) {
		List ls = makeList("A");
		System.out.println(ls);
		ls = makeList("A","B","C");
		System.out.println(ls);
		ls = makeList("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".split(""));
		System.out.println(ls);
	}
}
/*
[A]
[A, B, C]
[A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z]
*/

静态方法上的泛型：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。

    public static<Q> void function(Q t) {

        System.out.println("function:"+t);

    }

6、怎么构建复杂模型如list元组？

泛型的一个重要好处是能够简单而安全地创建复杂的模型。如List元组。

package Generics;

import java.util.ArrayList;

class ThreeTuple2<A,B,C>{
	public final A first;
	public final B second;
	private final C three;
	public ThreeTuple2(A a,B b,C c){
		first = a;
		second = b;
		three = c;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";
	}
}

public class TupleList<A,B,C> extends ArrayList<ThreeTuple2<A,B,C>> {
	static ThreeTuple2<Integer,String,Character> h(){
		return new ThreeTuple2<Integer,String,Character>(99,"掌上洪城",'a');
	}
	public static void main(String[] args) {
		TupleList<Integer,String,Character> ts = new TupleList<Integer,String,Character>();
		ts.add(h());
		ts.add(h());
		for(ThreeTuple2<Integer,String,Character> ttp:ts)
		System.out.println(ttp);		
	}
}
package Generics;

import java.util.ArrayList;

class ThreeTuple2<A,B,C>{
	public final A first;
	public final B second;
	private final C three;
	public ThreeTuple2(A a,B b,C c){
		first = a;
		second = b;
		three = c;
	}
	public String toString(){
		return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";
	}
}

public class TupleList<A,B,C> extends ArrayList<ThreeTuple2<A,B,C>> {
	static ThreeTuple2<Integer,String,Character> h(){
		return new ThreeTuple2<Integer,String,Character>(99,"掌上洪城",'a');
	}
	public static void main(String[] args) {
		TupleList<Integer,String,Character> ts = new TupleList<Integer,String,Character>();
		ts.add(h());
		ts.add(h());
		for(ThreeTuple2<Integer,String,Character> ttp:ts)
		System.out.println(ttp);		
	}
}
/* 输出结果为：
(99,掌上洪城,a)
(99,掌上洪城,a)
 */

7、泛型的擦除

7.1 代码实例：

package generics;

import java.util.*;

public class ErasedTypeEquivalence {
	public static void main(String[] args) {
		Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
		Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
		System.out.println(c1 == c2);
	}
} /*
	 * Output: true
	 */// :~

在泛型内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息。

ArrayList<String>和ArrayList<Integer>是相同的类型。

7.2 擦除的补偿

要想在表达式中使用类型，需要显式地传递类型的class对象。

package generics;
class Building {
}

class House extends Building {
}

public class ClassTypeCapture<T> {
	Class<T> kind;

	public ClassTypeCapture(Class<T> kind) {
		this.kind = kind;
	}

	public boolean f(Object arg) {
		return kind.isInstance(arg);
	}

	public static void main(String[] args) {
		ClassTypeCapture<Building> ctt1 = new ClassTypeCapture<Building>(Building.class);
		System.out.println(ctt1.f(new Building()));
		System.out.println(ctt1.f(new House()));
		ClassTypeCapture<House> ctt2 = new ClassTypeCapture<House>(House.class);
		System.out.println(ctt2.f(new Building()));
		System.out.println(ctt2.f(new House()));
	}
} /*
	 * Output: true true false true
	 */// :~

8、可以创建泛型数组吗？相应的应用场景怎么处理？

正如你在下面示例Erased.java中所见，不能创建泛型数组。一般的解决方案是任何想要创建泛型数组的地方都使用ArrayList:

package generics;

public class Erased<T> {
	private final int SIZE = 100;

	public static void f(Object arg) {
		if (arg instanceof T) {
		} // Cannot make a static reference to the non-static type T
		T var = new T(); // Error
		T[] array = new T[SIZE]; // Error
		T[] array = (T) new Object[SIZE]; // Unchecked warning
	}
} /// :~

使用ArrayList示例

package generics;

import java.util.*;

public class ListOfGenerics<T> {
	private List<T> array = new ArrayList<T>();

	public void add(T item) {
		array.add(item);
	}

	public T get(int index) {
		return array.get(index);
	}
} /// :~

9、泛型通配符‘？’怎么用？

可以解决当具体类型不确定的时候，这个通配符就是 ?  ；当操作类型时，不需要使用类型的具体功能时，只使用Object类中的功能。那么可以用 ? 通配符来表未知类型。

例如Class<?>classType = Class.forName("java.lang.String");

下面我们先看看这些程序：

//Code list 2

void TestGen0Medthod1(List l) {

　for (Object o: l)

System.out.println(o);

}

看看这个方法有没有异议，这个方法会通过编译的，假如你传入String，就是这样List＜String＞。

接着我们调用它,问题就出现了，我们将一个List＜String＞当作List传给了方法，JVM会给我们一个警告，说这个破坏了类型安全，因为从List中返回的都是Object类型的，而让我们再看看下面的方法。

//Code list 3

void TestGen0Medthod1(List＜String＞ l) {

　for (Object o: l)

System.out.println(o);

}

因为这里的List＜String＞不是List＜Object＞的子类,不是String与Object的关系，就是说List＜String＞不隶属于list＜Object＞,他们不是继承关系，所以是不行的，这里的extends是表示限制的。

类型通配符是很神奇的，List＜?＞这个你能为他做什么呢?怎么都是“？”，它似乎不确定，他总不能返回一个？作为类型的数据吧，是啊他是不会返回一个“？”来问程序员的？JVM会做简单的思考的，看看代码吧，更直观些。

//code list 4

List＜String＞ l1 = newArrayList＜String＞();

li.add(“String”);

List＜?＞ l2 = l1;

System.out.println(l1.get(0));

这段代码没问题的，l1.get(0)将返回一个Object。

10、泛型限定（上限和下限）的表达式是怎样的？

上限：？extends E：可以接收E类型或者E的子类型对象。

下限：？super E：可以接收E类型或者E的父类型对象。

上限什么时候用：往集合中添加元素时，既可以添加E类型对象，又可以添加E的子类型对象。为什么？因为取的时候，E类型既可以接收E类对象，又可以接收E的子类型对象。

下限什么时候用：当从集合中获取元素进行操作的时候，可以用当前元素的类型接收，也可以用当前元素的父类型接收。

11、可以将基本类型作为泛型参数吗？

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（基本数据类型）。

12、什么时候用泛型？

当接口、类及方法中的操作的引用数据类型不确定的时候，以前用的Object来进行扩展的，现在可以用泛型来表示。这样可以避免强转的麻烦，而且将运行问题转移到的编译时期。

泛型的细节：

1）、泛型到底代表什么类型取决于调用者传入的类型，如果没传，默认是Object类型；

2）、使用带泛型的类创建对象时，等式两边指定的泛型必须一致；

    原因：编译器检查对象调用方法时只看变量，然而程序运行期间调用方法时就要考虑对象具体类型了；

3）、等式两边可以在任意一边使用泛型，在另一边不使用(考虑向后兼容)；

ArrayList<String>al = new ArrayList<Object>();  //错

//要保证左右两边的泛型具体类型一致就可以了，这样不容易出错。

ArrayList<?extends Object> al = new ArrayList<String>();

al.add("aa");  //错

//因为集合具体对象中既可存储String，也可以存储Object的其他子类，所以添加具体的类型对象不合适，类型检查会出现安全问题。 ？extendsObject 代表Object的子类型不确定，怎么能添加具体类型的对象呢？

public static voidmethod(ArrayList<? extends Object> al) {

al.add("abc");  //错

  //只能对al集合中的元素调用Object类中的方法，具体子类型的方法都不能用，因为子类型不确定。

13、Java类库中的泛型有那些？

所有的标准集合接口都是泛型化的—— Collection<V>、List<V>、Set<V> 和 Map<K,V>。类似地，集合接口的实现都是用相同类型参数泛型化的，所以HashMap<K,V> 实现 Map<K,V> 等。

除了集合类之外，Java 类库中还有几个其他的类也充当值的容器。这些类包括 WeakReference、SoftReference 和 ThreadLocal。

14、练习

做完这两个练习：

练习一：写一个使用泛型跟不使用泛型参数任意化的例子。代码略

练习二：修改ClassTypeCapture.java，添加一个Map<String,Class<?>>，一个addType(String typeName,Class<?>kind)方法和一个createNew()方法。createNew()将产生一个与其参数字符串关联的新实例，或者产生一条错误信息。

package Generics;

import java.util.*;
import static org.greggordon.tools.Print.*;

class Building {}
class House extends Building {}

public class ClassTypeCapture21<T> {
	Class<?> kind;
	Map<String, Class<?>> map;

	public ClassTypeCapture21(Class<?> kind) {
		this.kind = kind;
	}

	public ClassTypeCapture21(Class<?> kind, Map<String, Class<?>> map) {
		this.kind = kind;
		this.map = map;
	}

	public boolean f(Object arg) {
		return kind.isInstance(arg);
	}

	public void addType(String typename, Class<?> kind) {
		map.put(typename, kind);
	}

	public Object createNew(String typename) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
		if (map.containsKey(typename))
			return map.get(typename).newInstance();
		System.out.println(typename + " class not available");
		return null;
	}

	public static void main(String[] args) {
		ClassTypeCapture21<Building> ctt1 = new ClassTypeCapture21<Building>(Building.class);
		println(ctt1.f(new Building()));
		println(ctt1.f(new House()));
		ClassTypeCapture21<House> ctt2 = new ClassTypeCapture21<House>(House.class);
		println(ctt2.f(new Building()));
		println(ctt2.f(new House()));
		ClassTypeCapture21<Building> ct = new ClassTypeCapture21<Building>(Building.class,
				new HashMap<String, Class<?>>());
		ct.addType("House", House.class);
		ct.addType("Building", Building.class);
		println("ct.map = " + ct.map);
		try {
			Building b = (Building) ct.createNew("Building");
			House h = (House) ct.createNew("House");
			print("b.getClass().getName(): ");
			println(b.getClass().getName());
			print("h.getClass().getName(): ");
			println(h.getClass().getName());
			print("House h is instance House: ");
			println(h instanceof House);
			print("House h is instance of Building: ");
			println(h instanceof Building);
			print("Building b is instance of House: ");
			println(b instanceof House);
			ct.createNew("String"); // String class not available
		} catch (IllegalAccessException e) {
			println("IllegalAccessException in main");
		} catch (InstantiationException e) {
			println("InstantiationException in main");
		}
	}
}
/*
true
true
false
true
ct.map = {Building=class Generics.Building, House=class Generics.House}
b.getClass().getName(): Generics.Building
h.getClass().getName(): Generics.House
House h is instance House: true
House h is instance of Building: true
Building b is instance of House: false
String class not available
 */

15 参考资料

Java1.5泛型指南中文版(Java1.5 Generic Tutorial)