一. 引出泛型
一般的类和方法,只能使用具体的类型: 要么是基本类型,要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的 代码,这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍
泛型是在JDK1.5引入的新的语法,通俗讲,泛型:就是适用于许多许多类型。从代码上讲,就是对类型实现参数化。
我们知道所有类的父类,默认为Object类,那么我们可以实现数组的类型为Object;此时数组中可以存放任意类型的数据,看下面给出的代码:
class MyArray { public Object[] array = new Object[10]; public Object getPos(int pos) { return this.array[pos]; } public void setVal(int pos,Object val) { this.array[pos] = val; } } public class TestDemo { public static void main(String[] args) { MyArray myArray = new MyArray(); //存放整形 myArray.setVal(0,10); //字符串也可以存放 myArray.setVal(1,"hello"); //也可以存放char,float,自定义类型…… //编译报错,这里是向下转型,需要进行强制类型转换 String ret = myArray.getPos(1); System.out.println(ret); } }
上面的代码存在两个问题,可以想象如果在实际开发中写出这样的代码,对于代码的维护是非常不友好的;
任何类型数据都可以存放
1号下标本身就是字符串,但是确编译报错;必须进行强制类型转换
虽然在这种情况下,当前数组任何数据都可以存放,但是,更多情况下,我们还是希望他只能够持有一种或几种数据类型;而不是同时持有这么多类型。
所以,泛型的主要目的:就是指定当前的容器,要持有什么类型的对象,让编译器去做检查;此时,就需要把类型,作为参数传递;需要什么类型,就传入什么类型。
二. 泛型类
1. 泛型类的语法
【语法】
类名后的<T>
代表占位符,表示当前类是一个泛型类,T是形参,用来接收传入的数据类型(实参)。
class 泛型类名称<类型形参列表> { // 这里可以使用类型参数 } class ClassName<T1, T2, ..., Tn> { } class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ { // 这里可以使用类型参数 } class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> { // 可以只使用部分类型参数 }
【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示,常用的名称有:
- E 表示 Element
- K 表示 Key
- V 表示 Value
- N 表示 Number
- T 表示 Type
- S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型
使用泛型就可以解决1中的问题,将1中的代码改写如下:
class MyArray<T> { //不能实例化泛型类的数组 public T[] array = (T[])new Object[10];//1 public T getPos(int pos) { return this.array[pos]; } public void setVal(int pos,T val) { this.array[pos] = val; } } public class TestDemo { public static void main(String[] args) { //类型参数化,指定要放入的数据的类型 MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2 myArray.setVal(0,10); myArray.setVal(1,12); //不需要自己去实现强转 int ret = myArray.getPos(1);//3 System.out.println(ret); //编译错误,会进行类型检查 //myArray.setVal(2,"bit");//4 } }
【注意事项】:
- 注释1处,不能new泛型类型的数组,下面给出的写法是错误的
T[] ts = new T[5];//是不对的
注释2处,类型后加入指定当前类型(实参),要注意的是这里的类型不能是基本数据类型,只能是类类型(具体的一个类)。
注释3处,不需要进行强制类型转换,泛型会自动进行强转。
注释4处,代码编译报错,此时因为在注释2处指定类当前的类型,此时在注释4处,编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查,当存放的元素与指定的类型不符时就会编译报错。
2. 泛型类的使用
【语法】
// 定义一个泛型类引用 泛型类<类型实参> 变量名; // 实例化一个泛型类对象 new 泛型类<类型实参>(构造方法实参);
【代码示例】
MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();
注意:泛型只能接受类,所有的基本数据类型必须使用包装类!
【类型推导】(Type Inference)
当编译器可以根据上下文推导出类型实参时,可以省略类型实参的填写
MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 String
【小结】
- 泛型是将数据类型参数化,进行传递
- 使用表示当前类是一个泛型类。
- 泛型目前为止的优点:数据类型参数化,编译时自动进行类型检查和转换
3. 裸类型(Raw Type)
裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参,下面给出的就是一个裸类型
class MyArray<T> { //…… } //裸类型 MyArray list = new MyArray();
裸类型并没有传递类型给形参,此时编译器也就不会自动进行类型检查和强制类型转换
所以我们不要自己去使用裸类型,裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制
三. 泛型是如何编译的
1. 擦除机制
在编译的过程当中,将所有的T替换为Object这种机制,我们称为:擦除机制;
Java的泛型机制是在编译期间实现的,编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。
2. 不能实例化泛型类数组的原因
上面已经提到过,泛型类数组是不能直接进行实例化的,去new一个泛型类的数组编译是通不过的
T[] ts = new T[5];
因为对于Java的数组来说,在编译时必须知道它持有的所有对象的具体类型,也就是说要实例化T类型的数组,编译器在编译时需要获得T类型;但我们知道泛型是具有擦除机制的,T类型在编译时会被擦除掉,此时也就不存在所谓的泛型了,自然也就无法进行实例化了;所以编译会报错。
我们可以通过反射去实现泛型的实例化:
class MyArray<T> { public T[] array; public MyArray() { } /** * 通过反射创建,指定类型的数组 * @param clazz 指定类型 * @param capacity 指定容量 */ public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) { array = (T[]) Array.newInstance(clazz, capacity); } public T getPos(int pos) { return this.array[pos]; } public void setVal(int pos,T val) { this.array[pos] = val; } public T[] getArray() { return array; } public static void main(String[] args) { MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10); Integer[] integers = myArray1.getArray(); } }
五. 泛型方法
【语法】
方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表){ //... }
【定义示例】
public class Util { //静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数 public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) { E t = array[i]; array[i] = array[j]; array[j] = t; } }
【使用示例】
不使用类型推导
Integer[] a = { ... }; Util.<Integer>swap(a, 0, 9); String[] b = { ... }; Util.<String>swap(b, 0, 9);
使用类型推导
Integer[] a = { ... }; swap(a, 0, 9); String[] b = { ... }; swap(b, 0, 9);
六. 泛型的上界
在定义泛型类时,有时需要对传入的类型变量做一定的约束,可以通过类型边界来约束。
【语法】
class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> { //... }
泛型的的上界可以是类,也可以是接口;
上界为类,那么实参必须为上界的子类或者上界本身
//只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参 public class MyArray<E extends Number> { //... } MyArray<Integer> l1; // 正常,因为 Integer 是 Number 的子类型 MyArray<String> l2; // 编译错误,因为 String 不是 Number 的子类型
上界为接口,那么实参必须是实现了该接口的类
//E必须是实现了Comparable接口的 public class MyArray<E extends Comparable<E>> { //... }
【使用实例】
创建两个Person对象,并以其中的age属性进行比较
Person实现了Comparable接口,设置比较方法所在类的泛型上界为Comparable,可以将比较方法设置为实例方法或者是静态方法
class Person implements Comparable<Person>{ public int age; public Person(int age) { this.age = age; } @Override public int compareTo(Person o) { return this.age-o.age; } @Override public String toString() { return "Person{" + "age=" + age + '}'; } } class Alg1<T extends Comparable<T>> { //实例泛型方法,在类的泛型处设置上界 public T findMax (T[] array) { T max = array[0]; for (int i = 1; i < array.length; i++) { if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) { max = array[i]; } } return max; } } class Alg2 {//类名处不设置泛型 //实例泛型方法,在方法处设置泛型和上界 public <T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) { T max = array[0]; for (int i = 1; i < array.length; i++) { //if(max < array[i]) { if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) { max = array[i]; } } return max; } } class Alg3{ //静态泛型方法 //不依赖对象,必须在方法处设置上界 public static<T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) { T max = array[0]; for (int i = 1; i < array.length; i++) { if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) { max = array[i]; } } return max; } } public class Test { public static void main(String[] args) { Person[] people = {new Person(10),new Person(15)}; //Alg1<Person> alg = new Alg1<>(); //Person person = alg.findMax(people); Alg2 alg = new Alg2(); Person person = alg.findMax(people); //Person person = Alg3.findMax(people); System.out.println(person); } }
注意观察上面的代码,上面的代码给泛型设置了上界Comparable,此时可以将两个Person对象进行比较,但如果没有设置上界Comparable,泛型在编译时就会被擦除为Object,而Object是没有实现Comparable接口的,无法进行比较功能;所以这里设置了上界,擦除时会擦除为Comparable类型
七. 通配符
1. 介绍
?
用于在泛型的使用,即为通配符
通配符是用来解决泛型无法协变的问题的,协变指的就是如果 Student 是 Person 的子类,那么 List< Student > 也应 该是 List< Person >的子类。但是泛型是不支持这样的父子类关系的。
泛型 T 是确定的类型,一旦你传了我就定下来了,而通配符则更为灵活或者说是不确定,更多的是用于扩充参数的范围.
观察下面的代码fun方法,
class Message<T> { private T message ; public T getMessage() { return message; } public void setMessage(T message) { this.message = message; } } public class TestDemo1 { public static void main(String[] args) { Message<Integer> message = new Message() ; message.setMessage(99); fun(message); // 出现错误,只能接收String } public static void fun(Message<String> temp){ System.out.println(temp.getMessage()); } }
解决上述问题只需要修改fun方法<>中的参数为通配符即可;要注意这里使用通配符后可以获取元素;但不可以修改元素,因为传入的类型是未知的,无法确定要放入的是什么类型的元素。
// 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型, //但是由于不确定类型,所以去无法修改数组当中的内容 public static void fun(Message<?> temp){ //temp.setMessage(100); 无法修改! System.out.println(temp.getMessage()); }
2. 通配符上界
? extends 类:设置泛型上限
【语法】
<? extends 上界> <? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类
通配符的上界,不能进行写入数据,只能进行读取数据。
代码示例:
class Food { } class Fruit extends Food { //... } class Apple extends Fruit { //... } class Banana extends Fruit { //... } class Plate<T> { private T plate ; public T getPlate() { return plate; } public void setPlate(T plate) { this.plate = plate; } } public class TestDemo { public static void main(String[] args) { Plate<Fruit> plate1 = new Plate<>(); plate1.setPlate(new Fruit()); fun(plate1); Plate<Food> plate2 = new Plate<>(); plate2.setPlate(new Food()); //编译报错,fun上界为Fruit,不能接收Fruit的父类 //fun(plate2); } public static void fun(Plate<? extends Fruit> temp) { //编译报错,不能修改 //temp.setPlate(new Apple()); //可以访问 Fruit fruit = temp.getPlate(); } }
观察上面的代码,无法在fun方法中对temp进行修改元素,因为temp接收的是Fruit和他的子类,此时存储的元素应该是哪个子类无法确定;所以修改会报错!但是可以获取元素。
3. 通配符下界
? super 类:设置泛型下限
【语法】
<? super 下界> <? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型
通配符的下界,不能进行读取数据,只能写入数据。
代码示例:
public class TestDemo { public static void main(String[] args) { Plate<Apple> plate1 = new Plate<>(); plate1.setPlate(new Apple()); //fun(plate1);//编译报错 Plate<Food> plate2 = new Plate<>(); plate2.setPlate(new Food()); fun(plate2); } public static void fun(Plate<? super Fruit> temp){ //可以存放Fruit本身或者其子类 temp.setPlate(new Apple()); temp.setPlate(new Banana()); //编译报错,不能存放Fruit的父类 temp.setPlate(new Food()); //不能取数据,因为无法知道取出的父类的类型是什么? //Fruit fruit = temp.getPlate();//编译报错 } }
观察上面的代码,fun方法中不能获取元素,因为通配符接收的是Fruit的父类,无法获知获取到的是哪个父类型的元素;但是可以存放元素(向上转型是没有问题的)。
八. 包装类
1. 介绍
在Java中,由于基本类型不是继承自Object,也就是说基本数据类型是不具有对象特征的,它们不能像对象一样拥有属性和方法,以及对象化交互。
为了在泛型代码中可以支持基本类型,Java给每个基本类型都对应了 一个包装类型;通过包装类可以让基本数据类型获取和对象一样的特征,行使对象相关的权力。
除了 Integer 和 Character, 其余基本类型的包装类都是首字母大写
基本数据类型 | 包装类 |
byte | Byte |
short | Short |
int | Integer |
long | Long |
float | Float |
double | Double |
char | Character |
boolean | Boolean |
作用】
- 作为和基本数据类型对应的类类型存在,方便涉及到对象的操作
- 提供每种基本数据类型的相关属性如最大值、最小值等以及相关的操作方法
2. 与基本数据类型的转化
装箱:
- 把基本数据类型转换成包装类,分为自动装箱和手动装箱
拆箱:
- 把包装类转换成基本数据类型,分为自动拆箱和手动拆箱
【代码示例】
//装箱:把基本数据类型转换成包装类 //1、自动装箱 int i = 10; Integer ii = i; Integer ij = (Integer)i; //2、手动装箱:使用构造方法 //新建一个 Integer 类型对象,将 i 的值放入对象的某个属性中 int i = 10; Integer ii = Integer.valueOf(i); Integer ij = new Integer(i); //拆箱:把包装类转换成基本数据类型 //1、自动拆箱 int j = ii; int k = (int)ii; //2、手动拆箱:使用intValue方法 int j = ii.intValue();
3. 常用方法和常量
intValue()
:包装类转为int类型
valueOf()
:int类型转包装类
parseInt()
:字符串转int类型
toString()
:包装类转为字符串
与其他进制的转换:
toHexString()
:十六进制
toOctalString()
:八进制
toBinaryString()
:二进制
MAX_VALUE : 表示int型可取的最大值
MIN_VALUE : 表示int型可取的最小值
4. 基本类型与包装类型的异同
在Java中,一切皆对象,但八大基本类型对象。
声明方式不同,基本类型无需通过new关键字来创建,而包装类型需new关键字。
存储方式及位置不同,基本类型是直接存储变量的值保存在栈中能高效的存取,包装类型需要通过引用指向实例,具体的实例保存在堆中。
初始值不同,包装类型的初始值为null,基本类型比如int类型的初始值为0
使用方式不同,比如泛型中基本数据类型只能使用包装类
5. 一道面试题
下列代码输出什么,为什么?
public static void main(String[] args) { Integer a = 127; Integer b = 127; Integer c = 128; Integer d = 128; System.out.println(a == b); System.out.println(c == d); }
执行结果:
分析:
代码中是将int类型的数据转化为Intgetr类型的数据(装箱),这里虽然是自动装箱,但在底层一定是调用了valueOf()
实现的装箱;那么这里我们就观察一些Integer类中 alueOf() 方法的源码
可以看到在源码中当数剧的值在 [low, high]([-128,127] 源码中可以看到low和high的值为-128和127) 范围内时是直接返回cache数组中的元素的,题目中的 a和b 对应值都为127,在范围内,所以拿到的是数组中的同一个元素,引用自然是相同的;
而c和d对应值为128,不在范围内,源码中可以看到此时是新new了一个Intgetr对象返回;两个不同的对象,引用自当是不等的。