java泛型详解

一: 什么是泛型 1.背景：

JAVA推出泛型以前，程序员可以构建一个元素类型为Object的集合，该集合能够存储任意的数据类型对象，而在使用该集合的过程中，需要程序员明确知道存储每个元素的数据类型，否则很容易引发ClassCastException异常。

2.概念：

Java泛型（generics）是JDK5中引入的一个新特性，泛型提供了编译时类型安全监测机制，该机制允许我们在编译时检测到非法的类型数据结构.

泛型的本质就是参数化类型，也就是所操作的数据类型被指定为一个参数。

3.好处：

类型安全
消除了强制类型的转换

例子1:

public class MainClass {
        public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add("java");
        list.add(100);
        list.add(true);

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            Object o = list.get(i);
            String str = (String)o;
            System.out.println(str);
        }
    }
}

执行结果:

注: 当一种类型要进行强转的话, 必须保证两种类型具有一定的联系

这里想把int类型和boolean类型转换成String是不能直接进行强转的, 但是可以使用String.valueOf()将其转换成String类型.

例子2:

public class MainClass {
     public static void main(String[] args) {
        ArrayList strList = new ArrayList<>();
        strList.add("a");
        strList.add("b");
        strList.add("c");

        for (int i = 0; i < strList.size(); i++) {
            String s = strList.get(i);
            System.out.println(s);
        }

        System.out.println("------------------------------------");
        ArrayList intList = new ArrayList<>();
        intList.add(100);
        intList.add(200);
        intList.add(300);

        for (int i = 0; i < intList.size(); i++) {
            int num = intList.get(i);
            System.out.println(num);
        }
    }
}

注;

(1)这里用泛型可以在编译器检查存入的值的类型, 就不会出现类型转换异常的问题

(2)同时也减少了类型转换的操作.

4.常用的标识符：

E - Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)
T - Type（表示Java 类，包括基本的类和我们自定义的类）
K - Key（表示键，比如Map中的key）
V - Value（表示值）
N - Number（表示数值类型）
？ - （表示不确定的java类型）
S、U、V - 2nd、3rd、4th types

二、泛型类、接口 1.泛型类泛型类的定义语法

class 类名称 <泛型标识，泛型标识，…> {

private 泛型标识变量名;

.....

}

例子3:

package com.itheima.demo2;


public class Generic {
    //T，是由外部使用类的时候来指定。
    private T key;

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

    public T getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(T key) {
        this.key = key;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Generic{" +
                "key=" + key +
                '}';
    }
}

使用语法

类名<具体的数据类型> 对象名 = new 类名<具体的数据类型>();

package com.itheima.demo2;


public class MainClass {
    public static void main(String[] args) {
        //泛型类在创建对象的时候，来指定操作的具体数据类型。
        Generic strGeneric = new Generic<>("abc");
        String key1 = strGeneric.getKey();
        System.out.println("key1:" + key1);

        System.out.println("-----------------------------------");
        Generic intGeneric = new Generic<>(100);
        int key2 = intGeneric.getKey();
        System.out.println("key2:" + key2);

        System.out.println("-----------------------------------");
        //泛型类在创建对象的时候，没有指定类型，将按照Object类型来操作。
        Generic generic = new Generic("ABC");
        Object key3 = generic.getKey();
        System.out.println("key3:" + key3);

        //泛型类，不支持基本数据类型。
        //Generic generic1 = new Generic(100);

        System.out.println("-----------------------------------");
        //同一泛型类，根据不同的数据类型创建的对象，本质上是同一类型。
        System.out.println(intGeneric.getClass());
        System.out.println(strGeneric.getClass());
        System.out.println(intGeneric.getClass() == strGeneric.getClass());
    }
}

泛型类注意事项

泛型类，如果没有指定具体的数据类型，此时，操作类型是Object
泛型的类型参数只能是类类型，不能是基本数据类型
泛型类型在逻辑上可以看成是多个不同的类型，但实际上都是相同类型

泛型类的使用

例子4:

package com.itheima.demo3;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;


public class ProductGetter {
    static Random random = new Random();
    //奖品
    private T product;

    //奖品池
    ArrayList list = new ArrayList<>();

    
    public void addProduct(T t) {
        list.add(t);
    }

    
    public T getProduct() {
        product = list.get(random.nextInt(list.size()));
        return product;
    }
}

package com.itheima.demo3;

public class MainClass {
    public static void main(String[] args) {
        //创建抽奖器对象，指定数据类型
        ProductGetter stringProductGetter = new ProductGetter<>();
        String[] strProducts = {"苹果手机","华为手机","扫地机器人","咖啡机"};
        //给抽奖器中，填充奖品
        for (int i = 0; i < strProducts.length; i++) {
            stringProductGetter.addProduct(strProducts[i]);
        }
        //抽奖
        String product1 = stringProductGetter.getProduct();
        System.out.println("恭喜您，你抽中了:" + product1);

        System.out.println("----------------------------------------");
        ProductGetter integerProductGetter = new ProductGetter<>();
        int[] intProducts = {10000,5000,3000,500,300000};
        for (int i = 0; i < intProducts.length; i++) {
            integerProductGetter.addProduct(intProducts[i]);
        }

        Integer product2 = integerProductGetter.getProduct();
        System.out.println("恭喜您，你抽中了:" + product2);
    }
}

从泛型类派生子类

1. 子类也是泛型类，子类和父类的泛型类型要一致

class ChildGeneric extends Generic

注:

(1)如果Generic中的T不写, 这默认是Object类型(可以不写)

(2)子类所表示的标识符必须和父类所表示的标识符一样, 否则会报错.

例子5:

package com.itheima.demo4;

public class Parent {
    private E value;

    public E getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(E value) {
        this.value = value;
    }
}

package com.itheima.demo4;


public class ChildFirst extends Parent {
    @Override
    public T getValue() {
        return super.getValue();
    }
}

2. 子类不是泛型类，父类要明确泛型的数据类型

class ChildGeneric extends Generic

注: 这里也是一样的如果Generic中的不写, 这默认是Object类型(可以不写)

package com.itheima.demo4;


public class ChildSecond extends Parent {
    @Override
    public Integer getValue() {
        return super.getValue();
    }

    @Override
    public void setValue(Integer value) {
        super.setValue(value);
    }
}

package com.itheima.demo4;

public class Test04 {
    public static void main(String[] args) {
        ChildFirst childFirst = new ChildFirst<>();
        childFirst.setValue("abc");
        String value = childFirst.getValue();
        System.out.println(value);
        System.out.println("---------------------------------");
        ChildSecond childSecond = new ChildSecond();
        childSecond.setValue(100);
        Integer value1 = childSecond.getValue();
        System.out.println(value1);
    }
}

2: 接口泛型接口的定义语法

interface 接口名称 <泛型标识，泛型标识，…> {

泛型标识方法名();

.....

}

泛型接口的使用

实现类不是泛型类，接口要明确数据类型
实现类也是泛型类，实现类和接口的泛型类型要一致

例子6:

package com.itheima.demo5;


public interface Generator {
    T getKey();
}

package com.itheima.demo5;


public class Apple implements Generator {
    @Override
    public String getKey() {
        return "hello generic";
    }
}

package com.itheima.demo5;


public class Pair implements Generator {

    private T key;
    private E value;

    public Pair(T key, E value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    @Override
    public T getKey() {
        return key;
    }

    public E getValue() {
        return value;
    }
}

注: 这里也是一样的, 如果Generator和Generator不写的话, 则默认实现类的参数也是Object.

package com.itheima.demo5;


public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple();
        String key = apple.getKey();
        System.out.println(key);

        System.out.println("---------------------------------");
        Pair pair =  new Pair<>("count",100);
        String key1 = pair.getKey();
        Integer value = pair.getValue();
        System.out.println(key1 + "=" + value);
    }
}

三: 泛型方法

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型。
泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型。

语法

修饰符返回值类型方法名(形参列表) {

方法体...

}

public与返回值中间非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。
只有声明了的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。
表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T。
与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型。

泛型方法与可变参数

public void print(E... e){

        for (E e1 : e) {

        System.out.println(e);

         }

}

例子7:

package com.itheima.demo3;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;


public class ProductGetter {
    static Random random = new Random();
    //奖品
    private T product;

    //奖品池
    ArrayList list = new ArrayList<>();

    
    public void addProduct(T t) {
        list.add(t);
    }

    
    public T getProduct() {
        product = list.get(random.nextInt(list.size()));
        return product;
    }

    
    public  T getProduct(ArrayList list) {
        return list.get(random.nextInt(list.size()));
    }

    
    public static  void printType(T t, E e, K k) {
        System.out.println(t + "t" + t.getClass().getSimpleName());
        System.out.println(e + "t" + e.getClass().getSimpleName());
        System.out.println(k + "t" + k.getClass().getSimpleName());
    }

    
    public static  void print(E... e){
        for (int i = 0; i < e.length; i++) {
            System.out.println(e[i]);
        }
    }

}

package com.itheima.demo6;

import com.itheima.demo3.ProductGetter;

import java.util.ArrayList;


public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        ProductGetter productGetter = new ProductGetter<>();
        int[] products = {100,200,400};
        for (int i = 0; i < products.length; i++) {
            productGetter.addProduct(products[i]);
        }
        //泛型类的成员方法的调用
        Integer product = productGetter.getProduct();
        System.out.println(product + "t" + product.getClass().getSimpleName());
        System.out.println("---------------------------------------------------");
        ArrayList strList = new ArrayList<>();
        strList.add("笔记本电脑");
        strList.add("苹果手机");
        strList.add("扫地机器人");
        //泛型方法的调用，类型是通过调用方法的时候来指定。
        String product1 = productGetter.getProduct(strList);
        System.out.println(product1 + "t" + product1.getClass().getSimpleName());
        System.out.println("---------------------------------------------------");
        ArrayList intList = new ArrayList<>();
        intList.add(1000);
        intList.add(5000);
        intList.add(3000);
        Integer product2 = productGetter.getProduct(intList);
        System.out.println(product2 + "t" + product2.getClass().getSimpleName());
        System.out.println("---------------------------------------------------");
        //调用多个泛型类型的静态泛型方法
        ProductGetter.printType(100,"java",true);
        ProductGetter.printType(false,false,true);
        System.out.println("---------------------------------------------------");
        //可变参数的泛型方法的调用
        ProductGetter.print(1,2,3,4,5);
        System.out.println("---------------------------------------------------");
        ProductGetter.print("a","b","c");

    }
}

注:

(1): 泛型方法指定的和类中指定的不是同一个, 在实际当中各自代表的各自调用的类型;

(2): 泛型类中普通成员方法是不能被static修饰的, 而泛型方法是可以被static修饰的.

泛型方法总结

泛型方法能使方法独立于类而产生变化
如果static方法要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法

四: 类型通配符

类型通配符一般是使用"?"代替具体的类型实参。
所以，类型通配符是类型实参，而不是类型形参。

为什么要使用类型通配符?

例子8

package com.softeem.wolf.generics.test;


public class Box {
    private E first;

    public E getFirst() {
        return first;
    }

    public void setFirst(E first) {
        this.first = first;
    }
}

package com.softeem.wolf.generics.test;


public class Test07 {
    public static void main(String[] args) {
        Box box1 = new Box<>();
        box1.setFirst(100);
        showBox(box1);

        Box box2 = new Box<>();
        box2.setFirst(200);
        showBox(box2);                      //这里调用会出现报错
    }  

    public static void showBox(Box box) {
        Number first = box.getFirst();
        System.out.println(first);
    }
}

上面的代码当使用showBox(box2)时会报错? 为什么呢? 按道理来说这是一个向上造型啊(Integer继承自Number类), 按道理来说可以这样调用. 但是当方法中要传递的是一个泛型类的参数时, 就不能这样写了. 怎么解决呢? 正是基于此java就出现了通配符这个概念 "?" .

上面的例子可以改为:

例子9:

package com.itheima.demo7;


public class Test07 {
    public static void main(String[] args) {
        Box box1 = new Box<>();
        box1.setFirst(100);
        showBox(box1);

        Box box2 = new Box<>();
        box2.setFirst(200);
        showBox(box2);
    }

    public static void showBox(Box box) {
        Object object = box.getFirst();    //类型通配符最后得到的是Object类型, 这点要注意
        System.out.println(first);
    }

//    public static void showBox(Box box) {
//        Number first = box.getFirst();
//        System.out.println(first);
//    }
}

类型通配符的上限语法

类/接口

要求该泛型的类型，只能是实参类型，或实参类型的子类类型。

类型通配符的下限语法

类/接口

要求该泛型的类型，只能是实参类型，或实参类型的父类类型

例题10:

package com.itheima.demo8;

public class Animal {
    public String name;

    public Animal(){}
    
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Animal{" +
                "name='" + name + ''' +
                '}';
    }
}

package com.itheima.demo8;

public class Cat extends Animal {
    public int age;

    public Cat(){}

    public Cat(String name, int age) {
        super(name);
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Cat{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + ''' +
                '}';
    }
}

package com.itheima.demo8;

public class MiniCat extends Cat {
    public int level;

    public MiniCat(){}

    public MiniCat(String name, int age, int level) {
        super(name, age);
        this.level = level;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MiniCat{" +
                "level=" + level +
                ", age=" + age +
                ", name='" + name + ''' +
                '}';
    }
}

package com.itheima.demo8;

import java.util.ArrayList;


public class TestUp {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList animals = new ArrayList<>();
        ArrayList cats = new ArrayList<>();
        ArrayList miniCats = new ArrayList<>();

        //showAnimal(animals);
        showAnimal(cats);
        showAnimal(miniCats);

        System.out.println("--------------------------------------------");

    }

    
    public static void showAnimal(ArrayList list) {
        //list.add(new Animal());
        //list.add(new Cat());
        //list.add(new MiniCat());
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            Cat cat = list.get(i);
            System.out.println(cat);
        }
    }
}

package com.itheima.demo8;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class TestDown {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList animals = new ArrayList<>();
        ArrayList cats = new ArrayList<>();
        ArrayList miniCats = new ArrayList<>();
        showAnimal(animals);
        showAnimal(cats);
        //showAnimal(miniCats);
    }

    
    public static void showAnimal(List list) {
//        list.add(new Cat());
//        list.add(new MiniCat());
        for (Object o : list) {
            System.out.println(o);
        }
    }
}

注意:

类型通配符上限: 是不能在调用的方法中对传入的参数2的集合进行add增加元素.

类型通配符下限: 是可以在调用的方法中对传入的参数的集合进行增加元素, 但是只能在其通配符中添加其限制的子类类型;

看看jdk中对下限通配符的使用, 并且举个例子:

package com.itheima.demo8;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;


public class Test08 {
    public static void main(String[] args) {
        //TreeSet treeSet = new TreeSet<>(new Comparator2());
        TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator1());
        treeSet.add(new Cat("jerry",20));
        treeSet.add(new Cat("amy",22));
        treeSet.add(new Cat("frank",35));
        treeSet.add(new Cat("jim",15));
        for (Cat cat : treeSet) {
            System.out.println(cat);
        }
    }
}

class Comparator1 implements Comparator {
    @Override
    public int compare(Animal o1, Animal o2) {
        return o1.name.compareTo(o2.name);
    }
}

class Comparator2 implements Comparator {
    @Override
    public int compare(Cat o1, Cat o2) {
        return o1.age - o2.age;
    }
}

class Comparator3 implements Comparator {
    @Override
    public int compare(MiniCat o1, MiniCat o2) {
        return o1.level - o2.level;
    }
}

五: 类型擦除概念

泛型是Java 1.5版本才引进的概念，在这之前是没有泛型的，但是，泛型代码能够很好地和之前版本的代码兼容。那是因为，泛型信息只存在于代码编译阶段，在进入JVM之前，与泛型相关的信息会被擦除掉，我们称之为--类型擦除.

无限制类型擦除

例子11:

package com.itheima.demo9;

import java.util.List;

public class Erasure {
    private T key;

    public T getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(T key) {
        this.key = key;
    }
}

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        Erasure erasure = new Erasure<>();
        //利用反射，获取Erasure类的字节码文件的Class类对象
        Class clz = erasure.getClass();
        //获取所有的成员变量
        Field[] declaredFields = clz.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            //打印成员变量的名称和类型
            System.out.println(declaredField.getName() + ":" +         
             declaredField.getType().getSimpleName());
        }
    }
}

运行结果

有限制类型擦除

例子12:

package com.itheima.demo9;

import java.util.List;

public class Erasure {
    private T key;

    public T getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(T key) {
        this.key = key;
    }
}

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        Erasure erasure = new Erasure<>();
        //利用反射，获取Erasure类的字节码文件的Class类对象
        Class clz = erasure.getClass();
        //获取所有的成员变量
        Field[] declaredFields = clz.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            //打印成员变量的名称和类型
            System.out.println(declaredField.getName() + ":" +         
             declaredField.getType().getSimpleName());
        }
    }
}

运行结果:

擦除方法中类型定义的参数

例子13:

package com.itheima.demo9;

import java.util.List;

public class Erasure {
    private T key;

    public T getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(T key) {
        this.key = key;
    }

    
    public  T show(T t) {
        return t;
    }
}

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        Erasure erasure = new Erasure<>();
        //利用反射，获取Erasure类的字节码文件的Class类对象
        Class clz = erasure.getClass();
        Method[] declaredMethods = clz.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            //打印方法名和方法的返回值类型。
            System.out.println(declaredMethod.getName() + ":" +         
        declaredMethod.getReturnType().getSimpleName());
        }
   }
}

运行结果为:

如果是下限通配符的话, 则结果就是Object了, 这里就不举例子了;

桥接方法

例子14:

package com.itheima.demo9;


public interface Info {
    T info(T t);
}

package com.itheima.demo9;

public class InfoImpl implements Info {
    @Override
    public Integer info(Integer value) {
        return value;
    }
}

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        Class infoClass = InfoImpl.class;
        //获取所有的方法
        Method[] infoImplMethods = infoClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : infoImplMethods) {
            //打印方法名和方法的返回值类型。
            System.out.println(method.getName() + ":" + method.getReturnType().getSimpleName());
        }
    }
}

运行结果为;

你会发现它运行之后会有两个方法, 这就证实了刚才的桥接方法.

六: 泛型数组的创建

可以声明带泛型的数组引用，但是不能直接创建带泛型的数组对象
可以通过java.lang.reflect.Array的newInstance(Class,int)创建T[]数组

ArrayList[] arrayLists = new ArrayList[10];

这样定义泛型数组你会发现会报错, 是不能直接创建带泛型的数组对象;

ArrayList[] listArr = new ArrayList[5];

这样定义是没有问题的;

例子15:

package com.itheima.demo10;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;


public class Test10 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList[] listArr = new ArrayList[5];

        ArrayList intList = new ArrayList<>();
        intList.add(100);

        ArrayList strList = new ArrayList<>();
        strList.add("abc");

        //listArr[0] = intList;   //会报错, 类型不符
        listArr[0] = strList;
        String s = listArr[0].get(0);
        System.out.println(s);
    }
}

例子16:

package com.itheima.demo10;

import java.lang.reflect.Array;

public class Fruit {
    private T[] array;

    public Fruit(Class clz, int length){
        //通过Array.newInstance创建泛型数组
        array = (T[])Array.newInstance(clz, length);
    }

    
    public void put(int index, T item) {
        array[index] = item;
    }

    
    public T get(int index) {
        return array[index];
    }

    public T[] getArray() {
        return array;
    }
}

package com.itheima.demo10;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;


public class Test10 {
    public static void main(String[] args) {
        Fruit fruit = new Fruit<>(String.class,3);
        fruit.put(0,"苹果");
        fruit.put(1,"西瓜");
        fruit.put(2,"香蕉");

        System.out.println(Arrays.toString(fruit.getArray()));
        String s1 = fruit.get(2);
        System.out.println(s1);
    }
}

七: 反射常用的泛型类

Class
Constructor

例子17:

package com.itheima.demo11;

public class Person {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

package com.itheima.demo11;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;


public class Test11 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
//        Class personClass = Person.class;
//        Constructor constructor = personClass.getConstructor();
//        Person person = constructor.newInstance();
        Class personClass = Person.class;
        Constructor constructor = personClass.getConstructor();
        Object o = constructor.newInstance();
    }
}

java泛型详解

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