Java泛型

Java泛型 1 为什么使用泛型程序设计

泛型程序设计(generic programming)意味者编写多种不同类型的对象重用。

举例：

收集String和File对象无需编写不同的类，只需要一个ArrayList就可以收集。

1.1类型参数的好处

在Java中增加泛型类之前，泛型程序设计是用继承实现的。

ArrayList类只维护一个Object应用的数组：

public class ArrayList //before generic classes
{
    private Object[] elementData;
    ...
    public Object get(int i) {...}    
    public void add(Object o) {...}
}

缺点：

1.首先取值需要强制转换

ArrayList files = new Arraylist();
String filename = (String) files.get(0);

2.无错误检查，可以想数组列表中添加任何类的值

files.add(new File("..."));

编译和运行都不会出错，但若将get的即通过强制类型转换为String类型，会出错

泛型提供的解决方案 ：类型参数 （指示元素的类型）

ArrayList files = new ArrayList();

优点：

1.可读性好

2.编译器充分利用

String filename = files.get(0);//返回类型为String， 而不是Object
files.add(new File("..."));//error 无法通过编译

2 泛型类

泛型类(generc class)就是有一个或多个类型变量的类。

举例：

public class Pair {
    private T first;
    private T second;

    public T getFirst() { return first; } // 返回类型为T的变量
    public T getSecond() { return second; }

    public void setFirst(T first) { this.first = first; } // 局部类型变量的类型为T
    public void setSecond(T second) { this.second = second; }

    public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; }
}

类型变量T 用<>括起来放在类命的后面，泛型类可以有多个类型变量。

public class Pair {...}

注：

类型变量一般使用大写字母，而且简短。Java中E表示集合的元素类型，K和V分别表示键和值的类型。T(U和S)表示“任意类型”。

可以用具体的类型替换类型变量来实例化(instantiate)泛型类型。

举例：

Pair

3 泛型方法

类型变量放在修饰符之后，返回值之前。

泛型方法既可以在普通方法中定义，也可以在泛型类中定义。

举例：

class ArrayAlg {
    public static  T getMiddle(T... a) {
        return a[a.length / 2];
    }
}

调用泛型方法，可以将具体类型放在尖括号中，放在方法名前面。

举例：

String middle = ArrayAlg.getMiddle("1","2","3");

大部分下情况下可以省略，编译器会自动推断。

不可省略的情况举例：

double middle = ArrayAlg.getMiddle(3.14, 1, 2);

编译器将参数自动装箱为1个Double对象和2个Integer对象，然后寻找这些类的共同超类型。事实上找到了2个超类型Number和Comparable接口。编译工具会隐晦的提示：

Static member 'ArrayAlg.getMiddle(java.lang.Number & java.lang.Comparable>...)' accessed via instance reference 

4类型变量的限定

有时候， 类或方法需要对类型变量需要加以约束。

举例：

public class ArrayAlg{
    public static  T min(T[] a) {
        if (a == null || a.length == 0) return null;
        T smallest = a[0];
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            if (smallest.compareTo(a[i]) > 0) smallest = a[i];
        }
    }
}

这段代码有一定的问题，min方法中，smallest的类型为T，意味它可以是任何一个类的对象，但不是每一个类都有一个compareTo方法。

如何改正：只能限制T为实现了Comparable接口(包含一个compareTo的方法)的类。

举例：

public static  T min(T[] a)...
// 为什么Comparable是接口却用extends ?
// 仅仅因为它更加接近子类型的概念

一个类型变量或通配符可以有多个限定

举例：

ArrayAlg

5 泛型代码 1类型擦除

无论何时定义一个泛型类型，都会自动提供一个相应的原始类型(raw type)。这个原始类型的名字就是去掉类型参数后的泛型类型名。类型变量都会被擦除(erased)，并且替换为限定类型(或者，对于无限定的变量则替换为Object)。

原始类型用第一个限定来替换类型变量，或者没有给限定就替换为Object。

举例：

Pair //原始类型为Pair
Interval //第一个限定类型为Comparable

2转换泛型表达式

编写一个泛型方法调用时，如果擦除了返回类型，编译器会插入强制类型转换。

举例：

Pair buddies = ...;
Employee buddy = buddies.getFirst();

编译器擦除类型后返回类型是Object，调用getFirst会自动插入转换到Employee的强制类型转换。

即：1.对原始方法Pair.getFirst的调用 2.将返回的Object类型强制转换为Employee类型

3转换为泛型方法

类型擦除也会出现在泛型方法

举例：

public static  T min(T[] a);
// 泛型擦除后
public static Comparable min(Comparable[] a);

6限制性与局限性 1不能使用基本类型实例化类型参数

举例：

不能使用Pair 只有Pair

原因在于类型擦除，擦除之后Pair类含有Object类型的字段，而Object类型不能存储double值。

2运行时类型查询只适用于原始类型

虚拟机对象中总有一个特定类型的非泛型类型。因此，所有类型查询只产生原始类型。

举例：

if (a instanceof Pair) //error
if (a instanceof Pair) //error
Pair p = (Pair) a; // warning--can only test that a is a Pair

为提醒这一风险，如果试图查询一个对象是否属于某个泛型类型，会得到一个错误或警告。

同样道理，由于泛型擦除会有以下结果出现：

Pair stringPair = ...;
Pair employeePair = ...;
if(stringPair.getClass() == employeePair.getClass()) //true

3不能创建参数化类型的数组

举例：

var table = new Pair[10]; // error

**原因：**一般来说数组会记住自己的元素类型，如果试图存储其他类型的元素，会抛出ArrayStore-Exception异常，而泛型擦除后 var table = new Pair[10];会使这种机制无效。

Object[] arr = table;
arr[0] = new Pair(); //编译通过， 但是会导致类型错误

5不能实例化类型变量

不能再类似new T(…)的表达式中使用类型变量

举例：

public Pair() {first = new T(); second = new T();} //error

类型擦除将T变成Object

6不能构造泛型数组

举例：

public static  T[] minmax(T... a) {
    T[] mm = new T[2]; // error
}

类型擦除会使得构造Comparable[2]数组

String[] names = ArrayAlg.minmax("Tom", "Dick");
// 在Comparable[]引用强制转换为String[]时候，会出现ClassCastException

7泛型类的静态上下文中类型变量无效

不能在静态字段或方法中引用类型变量。

举例：

public class Singlenton {
    private static T singleInstance; //error
    private static T getSingleInstance() {//error
    	if(singleInstance == null)
            return singleInstance;
    }    
}

8不能抛出或捕获泛型类的实例

不能抛出或捕获泛型类的的对象。事实上泛型类扩展Throwable都是不合法的。

举例：

public class Problem extends Exception {...} // error

public static  void doWork(Class t) {
    try {
        // do work
    } catch (T e) { // error
        
    }
}

7泛型类型的继承规则

无论S与T有什么关系，通常Pair与Pair都没有关系。

举例：

Manager[] topHonchos = ...;
Pair result = ArrayAlg.minmax(topHonchos); //error

minmax返回Pair ，而不是Pair，这样的赋值不合法。

这一点与数组不同

Employee[] employeeBuddies = new Manager[]{ceo, cfo}; // ture

将一个参数化类型转换为原始类型的时。也可能产生类型错误。

举例:

Pair rawBuddies = new Pair;
rawBuddies.serFirst(new File("...")); // error

最后，泛型类也可以扩展或实现其他泛型类。

**例如：**ArrayList类实现List接口

8通配符类型 1通配符的概念

在通配符类型中允许类型参数发生变化。

举例：

Pair< ? extends Employee>

public static void printBuddies(Pair p) {
    Employee first = p.getFirst();
    Employee second = p.getSecond();
    System.out.println(first.getName() + " and " + secong.getName() + " are buddies.");
}

这个方法的局限性就是不能将Pair 传给这个方法。但是利用通配符就可以解决。

Pair是Pair< ? extends Employee>的子类型

Pair< ? extends Employee>
? extends Employee getFirst()
void setFirst(? extends Employee)

以上代码不可能调用setFirst方法，编译器只需要知道Employee的某个子类型，但不知道具体是什么类型，导致直接拒绝传递任何特定的类型。毕竟？不能匹配。

使用getFirst不存在这个问题，将getFirst的返回值赋予一个Employee引用完全合法

2通配符的超类型限定

举例：

Pair< ? super Manager>
? super Manager getFirst()
void setFirst(? super Manager)    

编译器无法知道setFirst方法的具体类型，所以不能接受参数类型为Employee 或Object的方法调用，只能传递Manager类型的对象，或某个子类型的对象。而调用getFirst，不能保证返回对象的类型，只能把它赋值给一个Object。

Pair是Pair< ? super Manager>的子类型

某些情况下使用通配符可以帮程序员去除对调用参数的不必要限制

举例：

LocalDate extends ChronLocalDate
ChronLocalDate extends Comparable
// 所以 LocalDate 实现的是Comparable 而不是Comparable
// 这种情况下可以利用超类型解决
public static > T min(T[] a)...

3无限定通配符

举例:

Pair
? getFirst();
void setFirst(?)

getFirst的返回值只能赋给一个Object。setFirst方法不能被调用。