Java泛型笔记

作者: 丹丹无敌 | 来源:发表于2023-08-22 07:05 被阅读0次

泛型笔记

泛型的好处：

适用于多种数据类型执行相同的代码
泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换

泛型接口

public interface Generator<T> {

    public T next();
    
}

实现泛型接口有两种方式

未传入泛型实参时

public class GeneratorImpl<T> implements Generator<T> {
    
    private T data;

    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

在new 出类的实例时，需要指定具体类型

GeneratorImpl<String> generator = new GeneratorImpl<>();

传入泛型实参

public class GeneratorImpl2 implements Generator<String> {
    @Override
    public String next() {
        return "ok";
    }
}

在new 出类的实例时，和普通类一样

泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型，泛型方法可以在任何地方和任何场景中使用，包括普通类和泛型类。注意泛型类中定义的普通方法和泛型方法的区别。

普通方法：

public class Generic<T> {

    private T key;

    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }

    /**
     * 虽然在方法中使用了泛型，但这并不是一个泛型方法
     * 这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类中已经声明过的泛型
     * 所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型
     * @return
     */
    public T getKey() {
        return key;
    }
}

泛型方法:

        /**
     *
     * 这是一个真正的泛型方法
     * 首先在public 与返回值之间的 <T> 必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型T
     * 这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置，泛型的数量也可以为任意多个：
     * 如：
     *  public <T,K> K showKeyName(Generic<T> container){
     *         //todo
     *  }
     * @return
     */
    public <T> T showKeyName(Generic<T> container){
        //todo
    }

限定类型变量

有时候，我们需要对类型变量加以约束，比如计算两个变量的最小，最大值。

//报错
public static <T> T min(T a, T b) {
        if (a.compareTo(b) > 0) return a;
        else return b;
}

请问，如果确保传入的两个变量一定有compareTo方法？那么解决这个问题的方案就是将T限制为实现了接口Comparable的类

//正确
public static <T extends Comparable> T min(T a, T b) {
        if (a.compareTo(b) > 0) return a;
        else return b;
}

T extends Comparable中

T表示应该绑定类型的子类型，Comparable表示绑定类型，子类型和绑定类型可以是类也可以是接口。

如果这个时候，我们试图传入一个没有实现接口Comparable的类的实例，将会发生编译错误。

public static <T extends Comparable & Serializable> T min(T a, T b) {
        if (a.compareTo(b) > 0) return a;
        else return b;
}

同时extends左右都允许有多个，如 T,V extends Comparable & Serializable

注意限定类型中，只允许有一个类，而且如果有类，这个类必须是限定列表的第一个。

这种类的限定既可以用在泛型方法上也可以用在泛型类上。

泛型中的约束和局限性

不能使用基本类型实例化类型参数

public class Restrict<T> {
}

// Restrict<double> 这种方式不允许
Restrict<Double> restrict = new Restrict<>();

运行时类型查询只适用于原始类型

//if (restrict instanceof Restrict<Double>){} 这种不允许
        
//if (restrict instanceof Restrict<T>){}  这种不允许

Restrict<Double> restrict = new Restrict<>();
Restrict<Double> restrictString = new Restrict<>();
System.out.println(restrict.getClass() == restrictString.getClass()); //打印结果为 true
System.out.println(restrict.getClass().getName()); //打印结果 com.xxx.xxx.Restrict

泛型类的静态上下文中类型变量失效
```
//静态域或者方法里不能引用类型变量
//private static T instance;
//静态方法 本身是泛型方法就行
//private static <T> T getInstance(){}
```
不能在静态域或方法中引用类型变量。因为泛型是要在对象创建的时候才知道是什么类型的，而对象创建的代码执行先后顺序是static的部分，然后才是构造函数等等。所以在对象初始化之前static的部分已经执行了，如果你在静态部分引用的泛型，那么毫无疑问虚拟机根本不知道是什么东西，因为这个时候类还没有初始化。

不能创建参数化类型的数组

Restrict<Double>[] restrictArray; //可以
//Restrict<Double>[] restrictArray1 = new Restrict<Double>[10]; // 不允许

不能实例化类型变量

//不能实例化变量
//public Restrict(){
//  this.data = new T();
//}

不能捕获泛型类的实例

泛型类不能extends Exception/Throwable

//public class Problem<T> extends Exception {}

不能捕获泛型类对象

//public <T extends Throwable> void doWork(T t){
//        try {
//
//        }catch (T t){
//            
//        }
//}

但是这样可以：

public <T extends Throwable> void doWork(T t) throws T {
    try {

    } catch (Throwable e) {
            throw t;
    }
}

泛型类型的继承规则

现在我们有一个类和子类

public class Employee {
}

public class Worker extends Employee{
}

有一个泛型类

public class Pair<T> {
}

请问Pair<Employee>和Pair<Worker>是继承关系吗？

答案：不是，他们之间没有什么关系

Employee employee = new Worker();

//Pair<Employee> employeePair = new Pair<Worker>(); 报错

但是泛型类可以继承或者扩展其他e泛型类，比如List和ArrayList

//泛型类可以通过继承或者扩展其他 E 泛型类，比如：List和ArrayList
public class ExtendPair<T> extends Pair<T> {
}

通配符类型

正是因为前面所述的，Pair<Employee>和Pair<Worker>没有任何关系，如果我们有一个泛型类和一个方法

public class GenericType<T> {

    private T data;

    public T getData() {
        return data;
    }
}

public class Fruit {

    private String color;

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }
}

public class Orange extends Fruit {
}

public class Apple extends Fruit {
}

public class HongFuShiApple extends Apple {
}

则会产生这种情况：

public static void test(){
        GenericType<Fruit> genericType = new GenericType<>();
        print(genericType);
        GenericType<Orange> orangeGenericType = new GenericType<>();
        //print(orangeGenericType); 报错
}

public static void print(GenericType<Fruit> p){
        System.out.println(p.getData().getColor());
}

为解决这个问题，于是提出了一个通配符类型 ?

有两种使用方式：

？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类

？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类

？ extends X

表示传递给方法的参数，必须是X的子类（包括X本身）

 public static void test(){
        GenericType<Fruit> genericType = new GenericType<>();
        print2(genericType);
        GenericType<Orange> orangeGenericType = new GenericType<>();
        
        print2(orangeGenericType);
   
            GenericType<? extends Fruit> genericType1 = orangeGenericType;
 }

public static void print2(GenericType<? extends Fruit> p){
        System.out.println(p.getData().getColor());
}

但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法是不允许被调用的，会出现编译错误

public class GenericType<T> {

    private T data;

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    public T getData() {
        return data;
    }
}

GenericType<Fruit> genericType = new GenericType<>();
GenericType<? extends Fruit> genericType1 = genericType;
Apple apple = new Apple();
Fruit fruit = new Fruit();
//下面两个方法报错
//genericType1.setData(apple);
//genericType1.setData(fruit);

get方法则没问题，会返回一个Fruit类型的值。

Fruit data = genericType1.getData();

？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类，那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X（不管是X或者X的子类）编译器是可以确定知道的。但是set方法只知道传入的是个X，至于具体是X的那个子类，不知道。

总结：主要用于安全地访问数据，可以访问X及其子类型，并且不能写入非null的数据。

？ super X

表示传递给方法的参数，必须是X的超类（包括X本身）

        public void testSuper() {
        GenericType<Fruit> fruitGenericType = new GenericType<>();
        GenericType<Apple> appleGenericType = new GenericType<>();
        GenericType<HongFuShiApple> hongFuShiAppleGenericType = new GenericType<>();
        GenericType<Orange> orangeGenericType = new GenericType<>();
        printSuper(fruitGenericType);
        printSuper(appleGenericType);
        //以下两个方法报错
        //printSuper(hongFuShiAppleGenericType);
        //printSuper(orangeGenericType);
    }

    public void printSuper(GenericType<? super Apple> p) {
        System.out.println(p.getData());
    }

但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法可以被调用的，且能传入的参数只能是X或者X的子类

        GenericType<? super Apple> genericType = new GenericType<>();
        genericType.setData(new Apple());
        genericType.setData(new HongFuShiApple());
                //以下不可以，报错
        //genericType.setData(new Orange());
        //genericType.setData(new Fruit());
                
                //唯一可行的赋值
                Object data = genericType.getData();

？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类（包括X本身），那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X的超类，那么到底是哪个超类？不知道，但是可以肯定的说，Object一定是它的超类，所以get方法返回Object。编译器是可以确定知道的。对于set方法来说，编译器不知道它需要的确切类型，但是X和X的子类可以安全的转型为X。

总结：主要用于安全地写入数据，可以写入X及其子类型。

无限定的通配符 ?

表示对类型没有什么限制，可以把？看成所有类型的父类，如Pair< ?>；

比如：

ArrayList<T> al=new ArrayList<T>(); 指定集合元素只能是T类型

ArrayList<?> al=new ArrayList<?>();集合元素可以是任意类型，这种没有意义，一般是方法中，只是为了说明用法。

在使用上：

？ getFirst() ：返回值只能赋给 Object，；

void setFirst(?) ： setFirst 方法不能被调用，甚至不能用 Object 调用；

虚拟机是如何实现泛型的？

    泛型思想早在C++语言的模板（Template）中就开始生根发芽，在Java语言处于还没有出现泛型的版本时，只能通过Object是所有类型的父类和类型强制转换两个特点的配合来实现类型泛化。，由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，所以Object转型成任何对象都是有可能的。但是也因为有无限的可能性，就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间，编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功，如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性，许多ClassCastException的风险就会转嫁到程序运行期之中。

    泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同，但实现上却有着根本性的分歧，C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符），或是运行期的CLR中，都是切实存在的，List＜int＞与List＜String＞就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型称为真实泛型。

    Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经替换为原来的原生类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此，对于运行期的Java语言来说，ArrayList＜int＞与ArrayList＜String＞就是同一个类，所以泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法实现的泛型称为伪泛型。

    #####       将一段Java代码编译成Class文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了Java泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型

        public static String method(List<String> stringList){
        return "OK";
    }

    public static Integer method(List<Integer> integerList){
        return 0;
    }

上面这段代码是不能被编译的，因为参数List＜Integer＞和List＜String＞编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List＜E＞，擦除动作导致这两种方法的特征签名变得一模一样。

    由于Java泛型的引入，各种场景（虚拟机解析、反射等）下的方法调用都可能对原有的基础产生影响和新的需求，如在泛型类中如何获取传入的参数化类型等。因此，JCP组织对虚拟机规范做出了相应的修改， 引入了诸如Signature、LocalVariableTypeTable等新的属性用于解决伴随泛型而来的参数类型的识别问题，Signature是其中最重要的一项属性，它的作用就是存储一个方法在字节码层面的特征签名[3]，这个属性中保存的参数类型并不是原生类型，而是包括了参数化类型的信息。修改后的虚拟机规范要求所有能识别49.0以上版本的Class文件的虚拟机都要能正确地识别Signature参数。