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Java泛型是怎么回事

发布时间:2023-06-12 15:30:00
发布人:zyh

  全文大约【6000】字,不说废话,只讲可以让你学到技术、明白原理的纯干货!本文带有丰富的案例及配图视频,让你更好地理解和运用文中的技术概念,并可以给你带来具有足够启迪的思考......

Java泛型是怎么回事

  一. 泛型简介

  作为Java中常用且重要的一个概念,泛型帮我们实现了代码重用,也保证了类型安全。但关于它的详细内容,目前很多同学还不清楚,所以接下来小编就带各位来学习这个重要的知识点。

  1.背景

  为了能够让大家更好地理解泛型的作用,在我们开始学习泛型之前,小编先给大家提个开发需求:

  我们现在有一个需求,要求你编写一个对数组进行排序的方法,该方法能够对浮点型数组、整型数组、字符串数组或者是其他任何类型的数组进行排序,你该如何实现?

  有的小伙伴会说,这很简单啊,我可以利用方法重载,针对每种类型的数组分别编写一个排序方法,需要为几种类型的数组排序,我就定义几个排序方法。如果你是这么实现的,小编只能哈哈哈了,这种做法明显不好,代码可重用性太差。

  又有的小伙伴说了,可以定义一个方法,里面设置一个Object[]类型的参数,这样无论是哪种类型都可以处理了。这样定义方法,比上面那个同学的想法要稍好一点,但此时我们需要在Object类型和整型、String类型或其他类型之间进行强制类型转换。所以这样做就无法保证集合中元素的类型安全,稍一不慎就可能会导致ClassCastException类型转换异常。

  so,这也不行,那也不行,到底该怎么办?这不,为了解决这些问题,所以Java中就产生了泛型这个技术。

  2.概念

  泛型(generics)这个技术是在JDK 5中引入的新特性,它的本质其实是类型参数化,利用泛型可以实现一套代码对多种数据类型的动态处理,保证了更好的代码重用性。并且泛型还提供了编译时对类型安全进行检测的机制,该机制允许我们在编译时就能够检测出非法的类型,提高了代码的安全性。

  这种特性,使得泛型成了一种“代码模板”,让我们利用一套代码就能实现对各种类型的套用。也就是说,我们只需要编写一次代码,就可以实现万能匹配,这也是”泛型“这个概念的含义,你可以将其理解为”广泛的类型“、”非特定的类型“。咱们上面的那个需求,利用泛型就能轻松实现,还不需要进行类型的强制转换,并且也保证了数据的类型安全。

  3.作用

  所以根据上面泛型的概念,我们可以提取出泛型的核心作用:

  ● 泛型可以在编译时对类型进行安全检测,使得所有的强制转换都是自动隐式实现的,保证了类型的安全性;

  ● 泛型作为”代码模板“,实现了一套代码对各种类型的套用,提高了代码的可重用性。

  4.使用场景

  基于泛型的这些特性和作用,我们可以把泛型用在很多地方,小编在这里给大家做了一个总结,通常情况下,泛型可以用在如下场景中:

  ● 泛型集合:在各种集合中使用泛型,保证集合中元素的类型安全;

  ● 泛型方法:在各种方法中使用泛型,保证方法中参数的类型安全;

  ● 泛型类:在类的定义时使用泛型,为某些变量和方法定义通用的类型;

  ● 泛型接口:在接口定义时使用泛型,为某些常量和方法定义通用的类型;

  ● 泛型加反射:泛型也可以结合反射技术,实现在运行时获取传入的实际参数等功能。

  但是我们要注意,无论我们在哪个地方使用泛型,泛型都不能是基本类型,关于这一点,我会在讲解泛型擦除时再细说。

  总之,泛型的应用场景有很多,以上只是小编给大家总结的几个重点使用场景,接下来小编就这几个场景分别给大家进行讲解。

  二. 泛型集合

  1.简介

  泛型最常见的一个用途,就是在集合中对数据元素的类型进行限定。集合作为一个容器,主要是用来容纳保存数据元素的,但集合的设计者并不知道我们会用集合来保存什么类型的对象,所以他们就把集合设计成能保存任何类型的对象。这就要求集合具有很好的通用性,内部可以装载各种类型的数据元素。集合之所以可以实现这一功能,主要是集合的源码中已经结合泛型做了相关的设计,我们来看看Collection的源码,如下图所示:

1685949457919.image

  而Collection的子类List中也增加了对泛型的支持,如下图所示:

1685949466702.image

  上面的源码中,集合中的就是泛型,至于泛型的名字为什么叫做”E“,后面小编再跟大家细说。但不管如何,从这些源码中我们就可以看出,Java的集合本身就支持泛型了。我们先不管集合底层是如何设计的,咱们先从基本用法开始学起。

  2. 语法

  在集合中使用泛型其实比较简单,我们以List集合为例,其基本语法如下: 

//可以省略后面ArrayList里的String,编译器可以自动根据前面<>里的类型,推断出后面<>里使用的泛型类型
List<String> list = new ArrayList<>();

  上面的语法,其含义是说我们定义了一个ArrayList集合,但该集合不能随便添加数据元素,只能添加String类型的元素。也就是说,在上面的语法中,我们通过泛型,限定了ArrayList集合的元素类型。当我们定义List集合时,如果已经限定了泛型类型,但后面添加元素时你非得违背这个类型,Java就会在编译阶段报错,如下图所示:

1685949491302.image


  我们在定义集合时,可以省略后面ArrayList里的String,编译器可以自动根据前面<>里的类型,推断出后面<>里使用的泛型类型。另外Set和Map集合的用法,与List集合类似,我们可以通过下面这个案例来体会一下集合泛型的魅力。

  3. 代码案例

  在本案例中,我们可以给List、Set、Map等集合设置泛型,从而限定集合中数据元素的类型。 

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//定义集合泛型
//此时的集合只能接受String类型元素,后面ArrayList<>中的<>,里面的String可写可不写
List<String> list = new ArrayList<>();
//如果类型不一致,在编译阶段就会检测出有错误,保证了数据的安全性
//list.add(100);
list.add("Hello");
String strValue = list.get(0);
System.out.println("list value="+strValue);

Set<Integer> set=new HashSet<>();
//set.add("hello");
set.add(200);
Iterator<Integer> iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
Integer nextValue = iterator.next();
System.out.println("set value="+nextValue);
}

//限定Map集合的key是String类型,value是Long类型
Map<String,Long> map=new HashMap<>();
//map.put("number", "10000");
map.put("number", 10000L);
Long value = map.get("number");
System.out.println("map value="+value);
}
}

  在这个案例中,我们在集合中通过泛型限定了集合元素的数据类型。如果元素的类型与要求的不一致,在编译阶段就会检测出有错误,不需要进入到运行阶段才能发现类型不一致。而且我们在获取集合中的元素时,也不需要进行强制类型转换,程序会自动进行隐式转换,这就保证了数据的安全性,也提高了代码的执行效率。

  另外我们所使用的泛型参数,也被称为类型变量,是用于指定泛型类型名称的标识符。我们可以根据需要,在集合、类、接口、方法等地方定义一个或多个泛型参数,这些泛型化的类型参数也被称为参数化的类或参数化的类型。

  三. 泛型接口

  我们除了可以在集合中使用泛型,还可以在定义接口时使用泛型,这也是泛型的常用形式之一。

  1.语法

  在定义接口时使用泛型的基本语法格式如下:  

//在接口名称后面紧跟泛型<>
public interface InterfaceName<T> {
// 接口的方法定义
}

//可以同时定义多个泛型,多个泛型用","逗号分割
public interface InterfaceName2<M,N> {
// 接口的方法定义
}

  大家注意,这里泛型的名称T/M/N,其实是我们随意写的,我们并不一定非要使用T,也可以使用M、N、E等任意名称。而之所以使用T,只是采用了Type类型这个单词的首字母而已。虽然如此,但我们在实际开发时,为了尽量做到见名知意,请大家还是要尽量采用有意义的名称,通常会使用如下几个常用字母:

  ● E - Element(表示集合元素,常在集合中使用);

  ● T - Type(表示Java类,常用在类和接口中);

  ● K - Key(表示键);

  ● V - Value(表示值);

  ● N - Number(表示数值类型);

  ● ? - 表示不确定的Java类型。

  另外,这里的T只是一种类型参数,你可以把它理解成是一个”表面的占位符“。在真正赋值时,它可以用任何实际的类型来替代,如Integer、String、自定义类型等。并且我们在定义接口时,可以根据实际需要,同时定义多个泛型,多个泛型之间用","逗号分割。而在实际使用时,我们需要在该接口名的后面加上一对尖括号,用来传入实际的类型。

  2. 代码案例

  2.1 定义泛型接口

  接下来我们再通过一个案例来学习一下接口泛型如何使用,这里我们定义一个泛型接口ICompute,内部定义了一个用于计算的方法,如下所示: 

/**
* 定义一个用于计算的接口
*/
public interface ICompute<M,N> {

//定义一个加法计算的方法
M add(M m,N n);
}

  2.2 实现泛型接口

  接下来我们把这个接口进行实现,代码如下: 

public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
//这里壹哥直接利用匿名内部类的写法进行实现,大家也可以编写一个类实现ICompute接口
//我这里传入了两个Integer类型的具体参数,分别取代M和N
ICompute<Integer, Integer> iCompute = new ICompute<Integer, Integer>() {
@Override
public Integer add(Integer m, Integer n) {
return m+n;
}
};

//调用上面实现的方法
Integer result = iCompute.add(100, 200);
System.out.println("result="+result);
}
}

  这里小编直接利用匿名内部类的写法进行实现,大家也可以编写一个类实现ICompute接口。我这里传入了两个Integer类型的具体参数,分别取代M和N,当然我们也可以根据需要,在实现时传入Float/Double等其他类型。

  四. 泛型类

  其实Java的类和接口在很多地方都很类似,所以我们在定义接口时可以使用泛型,也可以在定义类时使用泛型,泛型类常用于类中的属性类型不确定的情况下,这也是泛型的常用形式之一。

  1.语法

  其实泛型类的声明和普通类的声明类似,只是在类名后面多添加了一个关于泛型的声明。并且泛型类的类型参数部分,可以包含一个或多个类型参数,多个参数间用逗号隔开。一般我们在定义泛型类时,需要在类名后添加类型参数,语法格式与泛型接口一致,如下所示:  

public class ClassName<T> {
// 类的成员变量和方法定义
}

  泛型类的要求和泛型接口完全一样,这里小编就不再赘述了。

  2. 代码案例

  2.1 定义泛型类

  接下来小编定义一个泛型类Pair,它包含两个类型相同的成员变量: 

public class Pair<T> {

//我们可以直接把泛型当成一个java的“类型”来用,Java类怎么用,泛型就可以怎么用
//直接利用泛型来定义成员变量
private T first;
private T second;

//构造方法中使用泛型
public Pair(T first, T second) {
this.first = first;
this.second = second;
}

//方法中使用泛型
public T getFirst() {
return first;
}

public T getSecond() {
return second;
}
}

  在上述代码中,我们定义了一个泛型类Pair,它有两个类型相同的成员变量first和second,以及一个构造函数和两个访问成员变量的方法。在定义Pair类时,我们使用了类型参数T来代表类型,而在实例化该泛型类时,需要指明泛型类中的类型参数,并赋予泛型类属性相应类型的值,比如指定T是String/Integer/Student/Person等任意类型。

  2.2 使用泛型类

  接下来是使用Pair类的具体代码: 

public class Demo03 {
public static void main(String[] args) {
//调用泛型类
Pair<String> pair = new Pair<>("Hello", "World");
// 输出 "Hello"
System.out.println("first="+pair.getFirst());
// 输出 "World"
System.out.println("last="+pair.getSecond());
}
}

   在上述代码中,我们使用了Pair类,并将类型参数指定为String类型。然后我们创建了一个Pair对象,并通过getFirst和getSecond方法访问了成员变量。

  五. 继承泛型类和实现泛型接口

  在Java中,泛型不仅可以用于类、方法的定义,还可以用于类和接口的继承与实现。接下来小编就给大家详细介绍一下,该如何继承泛型类和实现泛型接口。

  1.简介

  大家要注意,一个被定义为泛型的类和接口,也可以被子类继承和实现。例如下面的示例代码,就给大家演示了如何继承一个泛型类。 

public class FatherClass<T1>{}

public class SonClass<T1,T2,T3> extents FatherClass<T1>{}

  但是如果我们想要SonClass类在继承FatherClass类时,能够保留父类的泛型类型,则需要在继承时就指定。否则直接使用extends FatherClass语句进行继承操作时,T1、T2 和 T3都会自动变为Object类型,所以一般情况下都是将父类的泛型类型保留。

  接下来小编会分别给大家介绍一下如何继承泛型类和实现泛型接口。

  2. 继承泛型类

  2.1 定义泛型父类

  在Java中,我们可以通过继承一个泛型类来实现泛型的重用。子类可以继承父类中定义的泛型类型,并根据自己的需要,增加、修改泛型类型的参数,从而实现泛型类的个性化定制。下面是一个泛型类的示例:  

/**
* 泛型类
*/
public class GenericClass<T1> {

private T1 data;

public GenericClass(T1 data) {
this.data = data;
}

public T1 getData() {
return data;
}
}

  2.2 泛型子类继承父类

  我们可以通过继承GenericClass类,来创建一个新的泛型类SonGenericClass,并增加新的泛型类型: 

/**
* 泛型类
*/
public class SonGenericClass<T1,T2> extends GenericClass<T1>{

private T2 otherData;

public SonGenericClass(T1 data, T2 otherData) {
super(data);
this.otherData = otherData;
}

public T2 getOtherData() {
return otherData;
}
}

  在上面的示例中,SonGenericClass类继承了GenericClass类,并增加了一个新的泛型类型T2。在构造方法中,调用父类的构造方法,并传入T1类型的数据,然后再将T2类型的数据赋值给类的成员变量otherData。通过这种方式,我们可以创建一个具有更多泛型参数的类,并且保留了原始泛型类的特性。我们来看看最终的测试结果: 

public class Demo08 {

public static void main(String[] args) {
SonGenericClass<Integer,String> son=new SonGenericClass<>(100, "hello");
//子类从父类中继承来的泛型
Integer data = son.getData();
String otherData = son.getOtherData();
System.out.println("t1---data="+data+",t2---data="+otherData);
}
}

  这样,子类通过继承父类,也自动获得了父类中的泛型。

  3. 实现泛型接口

  3.1 定义泛型接口

  类似于继承泛型类,我们也可以通过实现泛型接口,来定义具有多个泛型参数的接口。实现泛型接口的过程与实现普通接口的过程相同,我们只需要在接口名后面添加这样的泛型参数声明即可。下面是一个泛型接口的示例: 

/**
*
* 定义泛型接口
*/
public interface GenericInterface<T1> {

public void doSomething(T1 data);
}

  3.2 两种实现方式

  我们在实现泛型接口时,可以采用两种实现方式:

  指定具体类型:就是在实现接口时,明确指定泛型参数的具体类型;

  保留泛型参数:在实现接口时,不明确指定泛型参数的具体类型,而是保留泛型参数。

  如果是通过指定具体类型的方式进行实现,一般形式如下: 

public class StringPair implements Pair<String> {
.....
}

  在这种方式中,我们定义了一个Pair接口,然后让子类StringPair进行实现,但在实现时就明确指定了具体的泛型参数为String。这样,我们在使用StringPair对象时,就明确知道了类内部的数据类型。

  如果是通过保留泛型参数的方式进行实现,一般形式如下:  

public class NumberPair<T extends 父类型> implements Pair<T> {
......
}

  在这种方式中,我们定义了一个泛型接口Pair,然后定义一个实现字类NumberPair,可以在实现时保留泛型参数。

  3.3 实现泛型接口

  接下来,我们再编写一个SubGenericInterface类,并通过保留泛型参数的方式,来实现GenericInterface接口,并增加一个新的泛型类型T2,代码如下: 

public class SubGenericClass<T1,T2> implements GenericInterface<T1>{

private T2 otherData;

@Override
public void doSomething(T1 data) {
System.out.println("t1="+data);
}

public SubGenericClass(T2 otherData) {
this.otherData = otherData;
}

public T2 getOtherData() {
return otherData;
}

}

    这样泛型子类就实现了泛型父类,并在子类中增加了一个新的泛型,最终的结果如下所示: 

public class Demo09 {

public static void main(String[] args) {
SubGenericClass<Integer,String> sub=new SubGenericClass<>("hello");
sub.doSomething(100);
String otherData = sub.getOtherData();
System.out.println("t2---data="+otherData);
}
}

  其实,实现泛型接口和继承泛型类都很简单,我们只需要在类定义中使用相同的泛型类型参数,然后实现接口的方法或覆盖超类的方法即可。

  以上就是关于泛型的概念、作用、泛型接口、泛型类等相关的内容,其实泛型的内容还有很多,比如泛型方法、泛型擦除和泛型中的通配符等。但受限于篇幅,小编会在下一篇文章中继续给大家讲解这些内容,敬请继续关注哦。

  五. 结语

  至此,在本文中小编就把泛型的概念、作用、泛型接口和泛型类给大家介绍完了,本文重点内容如下:

  ● 泛型是一种类型参数,可以编写模板代码来适应任意类型;

  ● 泛型在使用时不必对类型进行强制转换,它可以通过编译器在编译阶段对类型进行检查;

  ● 使用泛型时可以把泛型参数替换成想要的class类型,例如ArrayList,ArrayList等;

  ● 编译器可以根据前面的泛型,在后面自动推断出类型,例如List list = new ArrayList<>();

  ● 如果我们在使用时不指定泛型参数类型时,编译器会给出警告,且只能将视为Object类型;

  ● 我们可以在接口和类中定义泛型类型,实现此接口的类必须传入正确的泛型类型;

  ● 我们可以同时定义多个泛型,例如Map;

  ● 可以继承泛型类和实现泛型接口。

#Java泛型

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