java泛型那些事

作者: breaktian | 来源:发表于2018-05-15 14:10 被阅读16次

泛型：
一种程序设计语言的新特性，于Java而言，在JDK 1.5开始引入。泛型就是在设计程序的时候定义一些可变部分，在具体使用的时候再给可变部分指定具体的类型。使用泛型比使用Object变量再进行强制类型转换具有更好的安全性和可读性。在Java中泛型主要体现在泛型类、泛型方法和泛型接口中。

Java泛型中的标记符含义：

E - Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)

T - Type（Java 类）

K - Key（键）

V - Value（值）

N - Number（数值类型）

？ - 表示不确定的java类型

S、U、V - 2nd、3rd、4th types

泛型类

什么时候使用泛型类？
只要类中操作的引用数据类型不确定，就可以定义泛型类。通过使用泛型类，可以省去强制类型转换和类型转化异常的麻烦。

public class Box<T> {
    // T stands for "Type"
    private T t;
    public void set(T t) { this.t = t; }
    public T get() { return t; }
}

public class Container<k,V>{
        private k key;
        private V value;
        public Container(K k,V v){
                key=k;
                value=v;
        }
        public K getkey(){
                return key;
        }
        public V getValue(){
                  return value
        }
        public void setKey(){
                this.key=key;
        }
        public void setValue(){
              this.value=value;
        }
}

泛型方法

泛型方法也是为了提高代码的重用性和程序安全性。编程原则：尽量设计泛型方法解决问题，如果设计泛型方法可以取代泛型整个类，应该采用泛型方法。
泛型方法的格式：类型变量放在修饰符后面和返回类型前面，如：public static <E> E getMax(T... in)

public class GenericFunc {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        print("hahaha");  
        print(200);  
    }  
      
    public static <T> void print(T t){  
        System.out.println(t.toString());  
    }  
  
}

泛型接口

将泛型原理用于接口实现中，就是泛型接口。
泛型接口的格式：泛型接口格式类似于泛型类的格式，接口中的方法的格式类似于泛型方法的格式。

public interface MyInteface<T> {  
    public T read(T t);  
}

public class Generic2 implements MyInterface<String>{  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Generic2 g = new Generic2();  
        System.out.println(g.read("hahaha"));  
    }  
  
    @Override  
    public String read(String str) {  
        return str;  
    }  
  
}

通配符

当操作的不同容器中的类型都不确定的时候，而且使用的元素都是从Object类中继承的方法，这时泛型就用通配符“?”来表示。泛型的通配符：“？” 相当于 “？ extends Object”

<? extends T>：是指 “上界通配符（Upper Bounds Wildcards）
<? super T>：是指 “下界通配符（Lower Bounds Wildcards）”

为什么要用通配符和边界？
比如我们有Fruit类，和它的派生类Apple类。

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}

然后有一个最简单的容器：Plate类

public class Plate<T> {
    private T item;
    public Plate(T item) {
        super();
        this.item = item;
    }
    public T getItem() {
        return item;
    }
    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }
}

现在我定义一个“水果盘子”，逻辑上水果盘子当然可以装苹果。

Plate<Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());

但实际上Java编译器不允许这个操作。会报错，“装苹果的盘子”无法转换成“装水果的盘子”。

Type mismatch: cannot convert from Plate<Apple> to Plate<Fruit>

实际上，编译器脑袋里认定的逻辑是这样的：

苹果 IS-A 水果
装苹果的盘子 NOT-IS-A 装水果的盘子

所以就算容器里面装的东西有继承关系，但是容器是没有继承关系的，所以不可以把Plate<Apple>的引用赋值给Plate<Fruit>
为了让泛型使用起来更灵活，sun的大牛就想出了<? extends T>和<? super T>的办法，让水果盘子和苹果盘子发生关系

“上界通配符（Upper Bounds Wildcards）”：

Plate<？ extends Fruit>

翻译成人话就是：一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子。再直白点就是：啥水果都能放的盘子。这和我们人类的逻辑就比较接近了。Plate<？ extends Fruit>和Plate<Apple>最大的区别就是：Plate<？ extends Fruit>是Plate<Fruit>以及Plate<Apple>的基类。直接的好处就是，我们可以用“苹果盘子”给“水果盘子”赋值了。

Plate<? extends Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());

如果把Fruit和Apple的例子再扩展一下，食物分成水果和肉类，水果有苹果和香蕉，肉类有猪肉和牛肉，苹果还有两种青苹果和红苹果。

//Lev 1
class Food{}

//Lev 2
class Fruit extends Food{}
class Meat extends Food{}

//Lev 3
class Apple extends Fruit{}
class Banana extends Fruit{}
class Pork extends Meat{}
class Beef extends Meat{}

//Lev 4
class RedApple extends Apple{}
class GreenApple extends Apple{}

在这个体系中，上界通配符 “Plate<？ extends Fruit>” 覆盖下图中蓝色的区域。

cdec0a066693684036d4bcaab4fdc1e3_hd.jpg

“下界通配符（Lower Bounds Wildcards）”：

Plate<？ super Fruit>

表达的就是相反的概念：一个能放水果以及一切是水果基类的盘子。Plate<？ super Fruit>是Plate<Fruit>的基类，但不是Plate<Apple>的基类。对应刚才那个例子，Plate<？ super Fruit>覆盖下图中红色的区域。

0800ab14b2177e31ee3b9f6d477918fa_r.jpg

上下界通配符的副作用

边界让Java不同泛型之间的转换更容易了。但不要忘记，这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。
还是以刚才的Plate为例。我们可以对盘子做两件事，往盘子里set( )新东西，以及从盘子里get( )东西。

class Plate<T>{
    private T item;
    public Plate(T t){item=t;}
    public void set(T t){item=t;}
    public T get(){return item;}
}

上界<? extends T>不能往里存，只能往外取

<? extends Fruit>会使往盘子里放东西的set( )方法失效。但取东西get( )方法还有效。比如下面例子里两个set()方法，插入Apple和Fruit都报错。

Plate<? extends Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());

//不能存入任何元素
p.set(new Fruit());    //Error
p.set(new Apple());    //Error

//读取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里。
Fruit newFruit1=p.get();
Object newFruit2=p.get();
Apple newFruit3=p.get();    //Error

原因是编译器只知道容器内是Fruit或者它的派生类，但具体是什么类型不知道。可能是Fruit？可能是Apple？也可能是Banana，RedApple，GreenApple？编译器在看到后面用Plate<Apple>赋值以后，盘子里没有被标上有“苹果”。而是标上一个占位符：CAP#1，来表示捕获一个Fruit或Fruit的子类，具体是什么类不知道，代号CAP#1。然后无论是想往里插入Apple或者Meat或者Fruit编译器都不知道能不能和这个CAP#1匹配，所以就都不允许。

所以通配符<?>和类型参数<T>的区别就在于，对编译器来说所有的T都代表同一种类型。比如下面这个泛型方法里，三个T都指代同一个类型，要么都是String，要么都是Integer。
public <T> List<T> fill(T... t);
但通配符<?>没有这种约束，Plate<?>单纯的就表示：盘子里放了一个东西，是什么我不知道。
所以错误就在这里，Plate<？ extends Fruit>里什么都放不进去。

下界<? super T>不影响往里存，但往外取只能放在Object对象里

使用下界<? super Fruit>会使从盘子里取东西的get( )方法部分失效，只能存放到Object对象里。set( )方法正常。

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());

//存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());

//读取出来的东西只能存放在Object类里。
Apple newFruit3=p.get();    //Error
Fruit newFruit1=p.get();    //Error
Object newFruit2=p.get();

因为下界规定了元素的最小粒度的下限，实际上是放松了容器元素的类型控制。既然元素是Fruit的基类，那往里存粒度比Fruit小的都可以。但往外读取元素就费劲了，只有所有类的基类Object对象才能装下。但这样的话，元素的类型信息就全部丢失。

PECS原则

最后看一下什么是PECS（Producer Extends Consumer Super）原则，已经很好理解了：

频繁往外读取内容的，适合用上界Extends。
经常往里插入的，适合用下界Super。

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