什么是泛型？Java基础之泛型详细知识点总结

猿友 2021-08-06 10:14:40 浏览数 (5644)
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一、什么是泛型？为什么要使用泛型？

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

没有泛型之前：

private static void genericTest() {
    List arrayList = new ArrayList();
    arrayList.add("总有刁民想害朕");
    arrayList.add(7);
 
    for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
        Object item = arrayList.get(i);
        if (item instanceof String) {
            String str = (String) item;
            System.out.println("泛型测试 item = " + str);
        }else if (item instanceof Integer)
        {
            Integer inte = (Integer) item;
            System.out.println("泛型测试 item = " + inte);
        }
    }
}

如上代码所示，在没有泛型之前 类型的检查 和 类型的强转 都必须由我们程序员自己负责，一旦我们犯了错，就是一个运行时崩溃等着我们。 

有了泛型之后：

private static void genericTest2() {
     List<String> arrayList = new ArrayList<>();
     arrayList.add("总有刁民想害朕");
     arrayList.add(7); //..(参数不匹配：int 无法转换为String)
     ...
 }

如上代码，编译器在编译时期即可完成 类型检查 工作，并提出错误（其实IDE在代码编辑过程中已经报红了）

 二、泛型的特性是什么？

大家都知道，Java的泛型是伪泛型，这是因为Java在编译期间，所有的泛型信息都会被擦掉，正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除。Java的泛型基本上都是在编译器这个层次上实现的，在生成的字节码中是不包含泛型中的类型信息的，使用泛型的时候加上类型参数，在编译器编译的时候会去掉，这个过程成为类型擦除。

如在代码中定义List<Object>和List<String>等类型，在编译后都会变成List，JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM是看不到的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法在运行时刻出现的类型转换异常的情况，类型擦除也是Java的泛型与++模板机制实现方式之间的重要区别。 

什么是类型擦除？

类型擦除指的是通过类型参数合并，将泛型类型实例关联到同一份字节码上。编译器只为泛型类型生成一份字节码，并将其实例关联到这份字节码上。类型擦除的关键在于从泛型类型中清除类型参数的相关信息，并且再必要的时候添加类型检查和类型转换的方法。 类型擦除可以简单的理解为将泛型java代码转换为普通java代码，只不过编译器更直接点，将泛型java代码直接转换成普通java字节码。 类型擦除的主要过程如下： 1.将所有的泛型参数用其最左边界（最顶级的父类型）类型替换。 2.移除所有的类型参数。

通过两个例子来理解泛型的类型擦除。

例一：

public class Test {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
        list1.add("abc");
 
        ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>();
        list2.add(123);
 
        System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass());
    }
 
}

在这个例子中，我们定义了两个ArrayList数组，不过一个是ArrayList<String>泛型类型的，只能存储字符串；一个是ArrayList<Integer>泛型类型的，只能存储整数，最后，我们通过list1对象和list2对象的getClass()方法获取他们的类的信息，最后发现结果为true。说明泛型类型String和Integer都被擦除掉了，只剩下原始类型。

例二：通过反射添加其它类型元素 

public class Test {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
 
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
 
        list.add(1);  //这样调用 add 方法只能存储整形，因为泛型类型的实例为 Integer
 
        list.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(list, "asd");
 
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }
 
}

在程序中定义了一个ArrayList泛型类型实例化为Integer对象，如果直接调用add()方法，那么只能存储整数数据，不过当我们利用反射调用add()方法的时候，却可以存储字符串，这说明了Integer泛型实例在编译之后被擦除掉了，只保留了原始类型。

类型擦除后保留的原始类型,那么什么是原始类型呢？

原始类型 就是擦除去了泛型信息，最后在字节码中的类型变量的真正类型，无论何时定义一个泛型，相应的原始类型都会被自动提供，类型变量擦除，并使用其限定类型（无限定的变量用Object）替换。

例三：原始类型Object

class Pair<T> {  
    private T value;  
    public T getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(T  value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

Pair的原始类型为:

class Pair {  
    private Object value;  
    public Object getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(Object  value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

因为在Pair<T>中，T 是一个无限定的类型变量，所以用Object替换，其结果就是一个普通的类，如同泛型加入Java语言之前的已经实现的样子。在程序中可以包含不同类型的Pair，如Pair<String>或Pair<Integer>，但是擦除类型后他们的就成为原始的Pair类型了，原始类型都是Object。

从上面的例2中，我们也可以明白ArrayList<Integer>被擦除类型后，原始类型也变为Object，所以通过反射我们就可以存储字符串了。

如果类型变量有限定，那么原始类型就用第一个边界的类型变量类替换。

比如: Pair这样声明的话：

public class Pair<T extends Comparable> {}

那么原始类型就是Comparable。

要区分原始类型和泛型变量的类型。

在调用泛型方法时，可以指定泛型，也可以不指定泛型。

  • 在不指定泛型的情况下，泛型变量的类型为该方法中的几种类型的同一父类的最小级，直到Object
  • 在指定泛型的情况下，该方法的几种类型必须是该泛型的实例的类型或者其子类
public class Test {  
    public static void main(String[] args) {  
 
        /**不指定泛型的时候*/  
        int i = Test.add(1, 2); //这两个参数都是Integer，所以T为Integer类型  
        Number f = Test.add(1, 1.2); //这两个参数一个是Integer，以风格是Float，所以取同一父类的最小级，为Number  
        Object o = Test.add(1, "asd"); //这两个参数一个是Integer，以风格是Float，所以取同一父类的最小级，为Object  
 
        /**指定泛型的时候*/  
        int a = Test.<Integer>add(1, 2); //指定了Integer，所以只能为Integer类型或者其子类  
        int b = Test.<Integer>add(1, 2.2); //编译错误，指定了Integer，不能为Float  
        Number c = Test.<Number>add(1, 2.2); //指定为Number，所以可以为Integer和Float  
    }  
 
    //这是一个简单的泛型方法  
    public static <T> T add(T x,T y){  
        return y;  
    }  
}

其实在泛型类中，不指定泛型的时候，也差不多，只不过这个时候的泛型为Object，就比如ArrayList中，如果不指定泛型，那么这个ArrayList可以存储任意的对象。

三、泛型的使用方式 

泛型一般有三种使用方式:泛型类、泛型接口、泛型方法。

1.泛型类就是把泛型定义在类上，用户使用该类的时候，才把类型明确下来 

这样的话，用户明确了什么类型，该类就代表着什么类型…用户在使用的时候就不用担心强转的问题，运行时转换异常的问题了。

/**
 * Java泛型
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义泛型类 Test 的一个Integer版本
        Test<Integer> intOb = new Test<Integer>(88);
        intOb.showType();
        int i = intOb.getOb();
        System.out.println("value= " + i);
        System.out.println("----------------------------------");
        // 定义泛型类Test的一个String版本
        Test<String> strOb = new Test<String>("Hello Gen!");
        strOb.showType();
        String s = strOb.getOb();
        System.out.println("value= " + s);
    }
}
/*
使用T代表类型，无论何时都没有比这更具体的类型来区分它。如果有多个类型参数，我们可能使用字母表中T的临近的字母，比如S。
*/
class Test<T> {
    private T ob;
 
    /*
    定义泛型成员变量，定义完类型参数后，可以在定义位置之后的方法的任意地方使用类型参数，就像使用普通的类型一样。
    注意，父类定义的类型参数不能被子类继承。
    */
 
    //构造函数
    public Test(T ob) {
        this.ob = ob;
    }
 
    //getter 方法
    public T getOb() {
        return ob;
    }
 
 
    //setter 方法
    public void setOb(T ob) {
        this.ob = ob;
    }
 
    public void showType() {
        System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());
    }
}
 
/* output
    T的实际类型是: java.lang.Integer
    value= 88
    ----------------------------------
    T的实际类型是: java.lang.String
    value= Hello Gen!
*/

2.泛型接口

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

实现泛型接口，不指定类型：

class GeneratorImpl<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T method() {
        return null;
    }
}

实现泛型接口，指定类型：

class GeneratorImpl<T> implements Generator<String>{
    @Override
    public String method() {
        return "hello";
    }
}

泛型方法：判断一个方法是否是泛型方法关键看方法返回值前面有没有使用 <> 标记的类型，有就是，没有就不是

public class Normal {
  // 成员泛型方法
  public <E> String getString(E e) {
  return e.toString();
  }
  // 静态泛型方法
  public static <V> void printString(V v) {
  System.out.println(v.toString());
  }
 }
 // 泛型类中的泛型方法
 public class Generics<T> {
  // 成员泛型方法
  public <E> String getString(E e) {
  return e.toString();
  }
  // 静态泛型方法
  public static <V> void printString(V v) {
  System.out.println(v.toString());
  }
 }

四、Java中的泛型通配符

常用的 T，E，K，V，？

本质上这些个都是通配符，没啥区别，只不过是编码时的一种约定俗成的东西。比如上述代码中的 T ，我们可以换成 A-Z 之间的任何一个 字母都可以，并不会影响程序的正常运行，但是如果换成其他的字母代替 T ，在可读性上可能会弱一些。通常情况下，T，E，K，V，？ 是这样约定的：

  • ？ 表示不确定的 java 类型
  • T (type) 表示具体的一个java类型
  • K V (key value) 分别代表java键值中的Key Value
  • E (element) 代表Element

？ 无界通配符：

我有一个父类 Animal 和几个子类，如狗、猫等，现在我需要一个动物的列表，我的第一个想法是像这样的：

List<Animal> listAnimals

但是老板的想法确实这样的：

List<? extends Animal> listAnimals

为什么要使用通配符而不是简单的泛型呢？通配符其实在声明局部变量时是没有什么意义的，但是当你为一个方法声明一个参数时，它是非常重要的。

static int countLegs (List<? extends Animal > animals ) {
    int retVal = 0;
    for ( Animal animal : animals )
    {
        retVal += animal.countLegs();
    }
    return retVal;
}
 
static int countLegs1 (List< Animal > animals ){
    int retVal = 0;
    for ( Animal animal : animals )
    {
        retVal += animal.countLegs();
    }
    return retVal;
}
 
public static void main(String[] args) {
    List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
 	// 不会报错
    countLegs( dogs );
	// 报错
    countLegs1(dogs);
}

当调用 countLegs1 时，就会飘红，提示的错误信息如下：

所以，对于不确定或者不关心实际要操作的类型，可以使用无限制通配符（尖括号里一个问号，即 <?> ），表示可以持有任何类型。像 countLegs 方法中，限定了上届，但是不关心具体类型是什么，所以对于传入的 Animal 的所有子类都可以支持，并且不会报错。而 countLegs1 就不行。

上界通配符 < ? extends E>：

上届：用 extends 关键字声明，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的子类。

在类型参数中使用 extends 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的子类，这样有两个好处：

如果传入的类型不是 E 或者 E 的子类，编译不成功泛型中可以使用 E 的方法，要不然还得强转成 E 才能使用

下界通配符 < ? super E>：

下界: 用 super 进行声明，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的父类型，直至 Object

到此本篇关于Java基础之泛型的详细知识点总结的文章就介绍到这了，想要了解更多相关Java泛型的详细内容，请搜索W3Cschool以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持！

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