Java泛型
Java泛型
为什么我们需要泛型?
例子一
实际开发中,经常有数值类型求和的需求,例如实现int类型的加法, 有时候还需要实现long类型的求和, 如果还需要double类型的求和,需要重新再重载一个输入是double类型的add方法。
例子二
定义了一个List类型的集合,先向其中加入了两个字符串类型的值,随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的,因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中,由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因,很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常,而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此,导致此类错误编码过程中不易发现。
例子分析
在如上的编码过程中,我们发现主要存在两个问题:
1.当我们将一个对象放入集合中,集合不会记住此对象的类型,当再次从集合中取出此对象时,改对象的编译类型变成了Object类型,但其运行时类型任然为其本身类型。
2.因此,//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型,且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。
泛型的好处:
①多种数据类型执行相同的代码
②泛型中的类型在使用时指定,不需要强制类型转换
泛型类、泛型接口和泛型方法
什么是泛型
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。
泛型类
引入一个类型变量T(其他大写字母都可以,不过常用的就是T,E,K,V等等),并且用<>括起来,并放在类名的后面。泛型类是允许有多个类型变量的。
泛型接口
泛型接口与泛型类的定义基本相同。
而实现泛型接口的类,有两种实现方法:
1、未传入泛型实参时(泛型类实现泛型接口):
在new出类的实例时,需要指定具体类型:
2、传入泛型实参(普通类实现泛型接口)
在new出类的实例时,和普通的类没区别。
泛型方法
泛型方法,是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 ,泛型方法可以在任何地方和任何场景中使用,包括普通类和泛型类。注意泛型类中定义的普通方法和泛型方法的区别。
注意:泛型方法独立于泛型类和泛型接口,泛型方法的T和泛型类的T是不同的东西。
普通方法:
泛型方法
如何限定类型变量?
限定类型变量
有时候,我们需要对类型变量加以约束,比如计算两个变量的最小,最大值。
请问,如果确保传入的两个变量一定有compareTo方法?那么解决这个问题的方案就是将T限制为实现了接口Comparable的类
T extends Comparable中
T表示应该绑定类型的子类型,Comparable表示绑定类型,子类型和绑定类型可以是类也可以是接口。
如果这个时候,我们试图传入一个没有实现接口Comparable的类的实例,将会发生编译错误。
同时extends左右都允许有多个,如 T,V extends Comparable & Serializable
注意限定类型中,只允许有一个类,而且如果有类,这个类必须是限定列表的第一个。
这种类的限定既可以用在泛型方法上也可以用在泛型类上。
泛型使用中的约束和局限性
现在我们有泛型类
不能用基本类型实例化类型参数
需要转换成相应的包装类
运行时类型查询只适用于原始类型
泛型类的静态上下文中类型变量失效
不能在静态域或方法中引用类型变量。因为泛型是要在对象创建的时候才知道是什么类型的,而对象创建的代码执行先后顺序是static的部分,然后才是构造函数等等。所以在对象初始化之前static的部分已经执行了,如果你在静态部分引用的泛型,那么毫无疑问虚拟机根本不知道是什么东西,因为这个时候类还没有初始化。
不能创建参数化类型的数组
不能实例化类型变量
不能捕获泛型类的实例
但是这样可以:
泛型类型能继承吗?
现在我们有一个类和子类
有一个泛型类
请问Pair< Employee>和Pair< Worker>是继承关系吗?
答案:不是,他们之间没有什么关系
但是泛型类可以继承或者扩展其他泛型类,比如List和ArrayList
泛型中的通配符类型
正是因为前面所述的,Pair< Employee>和Pair< Worker>没有任何关系,如果我们有一个泛型类和一个方法
现在我们有继承关系的类
则会产生这种情况:
为解决这个问题,于是提出了一个通配符类型 ?
有两种使用方式:
? extends X 表示类型的上界,类型参数是X的子类
? super X 表示类型的下界,类型参数是X的超类
这两种 方式从名字上来看,特别是super,很有迷惑性,下面我们来仔细辨析这两种方法。
? extends X
表示传递给方法的参数,必须是X的子类(包括X本身)
但是对泛型类GenericType来说,如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话,set方法是不允许被调用的,会出现编译错误
get方法则没问题,会返回一个Fruit类型的值。
为何?
道理很简单,? extends X 表示类型的上界,类型参数是X的子类,那么可以肯定的说,get方法返回的一定是个X(不管是X或者X的子类)编译器是可以确定知道的。但是set方法只知道传入的是个X,至于具体是X的那个子类,不知道。
总结:主要用于安全地访问数据,可以访问X及其子类型,并且不能写入非null的数据。
? super X
表示传递给方法的参数,必须是X的超类(包括X本身)
但是对泛型类GenericType来说,如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话,set方法可以被调用的,且能传入的参数只能是X或者X的子类
get方法只会返回一个Object类型的值。
为何?
? super X 表示类型的下界,类型参数是X的超类(包括X本身),那么可以肯定的说,get方法返回的一定是个X的超类,那么到底是哪个超类?不知道,但是可以肯定的说,Object一定是它的超类,所以get方法返回Object。编译器是可以确定知道的。对于set方法来说,编译器不知道它需要的确切类型,但是X和X的子类可以安全的转型为X。
总结:主要用于安全地写入数据,可以写入X及其子类型。
无限定的通配符 ?
表示对类型没有什么限制,可以把?看成所有类型的父类,如Pair< ?>;
比如:
ArrayList al=new ArrayList(); 指定集合元素只能是T类型
ArrayList<?> al=new ArrayList<?>();集合元素可以是任意类型,这种没有意义,一般是方法中,只是为了说明用法。
在使用上:
? getFirst() : 返回值只能赋给 Object,;
void setFirst(?) : setFirst 方法不能被调用, 甚至不能用 Object 调用;
虚拟机是如何实现泛型的?
泛型思想早在C++语言的模板(Template)中就开始生根发芽,在Java语言处于还没有出现泛型的版本时,只能通过Object是所有类型的父类和类型强制转换两个特点的配合来实现类型泛化。,由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object,所以Object转型成任何对象都是有可能的。但是也因为有无限的可能性,就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间,编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功,如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性,许多ClassCastException的风险就会转嫁到程序运行期之中。
泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同,但实现上却有着根本性的分歧,C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中(Intermediate Language,中间语言,这时候泛型是一个占位符),或是运行期的CLR中,都是切实存在的,List<int>与List<String>就是两个不同的类型,它们在系统运行期生成,有自己的虚方法表和类型数据,这种实现称为类型膨胀,基于这种方法实现的泛型称为真实泛型。
Java语言中的泛型则不一样,它只在程序源码中存在,在编译后的字节码文件中,就已经替换为原来的原生类型(Raw Type,也称为裸类型)了,并且在相应的地方插入了强制转型代码,因此,对于运行期的Java语言来说,ArrayList<int>与ArrayList<String>就是同一个类,所以泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖,Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除,基于这种方法实现的泛型称为伪泛型。
将一段Java代码编译成Class文件,然后再用字节码反编译工具进行反编译后,将会发现泛型都不见了,程序又变回了Java泛型出现之前的写法,泛型类型都变回了原生类型
上面这段代码是不能被编译的,因为参数List<Integer>和List<String>编译之后都被擦除了,变成了一样的原生类型List<E>,擦除动作导致这两种方法的特征签名变得一模一样。
由于Java泛型的引入,各种场景(虚拟机解析、反射等)下的方法调用都可能对原有的基础产生影响和新的需求,如在泛型类中如何获取传入的参数化类型等。因此,JCP组织对虚拟机规范做出了相应的修改,引入了诸如Signature、LocalVariableTypeTable等新的属性用于解决伴随泛型而来的参数类型的识别问题,Signature是其中最重要的一项属性,它的作用就是存储一个方法在字节码层面的特征签名[3],这个属性中保存的参数类型并不是原生类型,而是包括了参数化类型的信息。修改后的虚拟机规范要求所有能识别49.0以上版本的Class文件的虚拟机都要能正确地识别Signature参数。
另外,从Signature属性的出现我们还可以得出结论,擦除法所谓的擦除,仅仅是对方法的Code属性中的字节码进行擦除,实际上元数据中还是保留了泛型信息,这也是我们能通过反射手段取得参数化类型的根本依据。
享学课堂
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