java泛型、泛型的基本介紹和使用

現在開始深入學習java的泛型了,以前一直只是在集合中簡單的使用泛型,根本就不明白泛型的原理和作用。泛型在java中,是一個十分重要的特性,所以要好好的研究下。
一、泛型的基本概念
泛型的定義:泛型是JDK 1.5的一項新特性,它的本質是參數化類型(Parameterized Type)的應用,也就是說所操作的數據類型被指定為一個參數,在用到的時候在指定具體的類型。這種參數類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中,分別稱為泛型類、泛型接口和泛型方法。
泛型思想早在C++語言的模板(Templates)中就開始生根發(fā)芽,在Java語言處于還沒有出現泛型的版本時,只能通過Object是所有類型的父類和類型強制轉換兩個特點的配合來實現類型泛化。例如在哈希表的存取中,JDK 1.5之前使用HashMap的get()方法,返回值就是一個Object對象,由于Java語言里面所有的類型都繼承于java.lang.Object,那Object轉型為任何對象成都是有可能的。但是也因為有無限的可能性,就只有程序員和運行期的虛擬機才知道這個Object到底是個什么類型的對象。在編譯期間,編譯器無法檢查這個Object的強制轉型是否成功,如果僅僅依賴程序員去保障這項操作的正確性,許多ClassCastException的風險就會被轉嫁到程序運行期之中。
泛型技術在C#和Java之中的使用方式看似相同,但實現上卻有著根本性的分歧,C#里面泛型無論在程序源碼中、編譯后的IL中(Intermediate Language,中間語言,這時候泛型是一個占位符)或是運行期的CLR中都是切實存在的,List<int>與List<String>就是兩個不同的類型,它們在系統(tǒng)運行期生成,有自己的虛方法表和類型數據,這種實現稱為類型膨脹,基于這種方法實現的泛型被稱為真實泛型。
Java語言中的泛型則不一樣,它只在程序源碼中存在,在編譯后的字節(jié)碼文件中,就已經被替換為原來的原始類型(Raw Type,也稱為裸類型)了,并且在相應的地方插入了強制轉型代碼,因此對于運行期的Java語言來說,ArrayList<int>與ArrayList<String>就是同一個類。所以說泛型技術實際上是Java語言的一顆語法糖,Java語言中的泛型實現方法稱為類型擦除,基于這種方法實現的泛型被稱為偽泛型。(類型擦除在后面在學習)
使用泛型機制編寫的程序代碼要比那些雜亂的使用Object變量,然后再進行強制類型轉換的代碼具有更好的安全性和可讀性。泛型對于集合類來說尤其有用。
泛型程序設計(Generic Programming)意味著編寫的代碼可以被很多不同類型的對象所重用。

實例分析:
在JDK1.5之前,Java泛型程序設計是用繼承來實現的。因為Object類是所用類的基類,所以只需要維持一個Object類型的引用即可。就比如ArrayList只維護一個Object引用的數組:
public class ArrayList//JDK1.5之前的
{
public Object get(int i){......}
public void add(Object o){......}
......
private Object[] elementData;
}
這樣會有兩個問題:
1、沒有錯誤檢查,可以向數組列表中添加類的對象
2、在取元素的時候,需要進行強制類型轉換
這樣,很容易發(fā)生錯誤,比如:
/*jdk1.5之前的寫法,容易出問題/
ArrayList arrayList1=new ArrayList();
arrayList1.add(1);
arrayList1.add(1L);
arrayList1.add("asa");
int i=(Integer) arrayList1.get(1);//因為不知道取出來的值的類型,類型轉換的時候容易出錯
這里的第一個元素是一個長整型,而你以為是整形,所以在強轉的時候發(fā)生了錯誤。

所以。在JDK1.5之后,加入了泛型來解決類似的問題。例如在ArrayList中使用泛型:
/** jdk1.5之后加入泛型*/
ArrayList<String> arrayList2=new ArrayList<String>(); //限定數組列表中的類型
// arrayList2.add(1); //因為限定了類型,所以不能添加整形
// arrayList2.add(1L);//因為限定了類型,所以不能添加整長形
arrayList2.add("asa");//只能添加字符串
String str=arrayList2.get(0);//因為知道取出來的值的類型,所以不需要進行強制類型轉換

還要明白的是,泛型特性是向前兼容的。盡管 JDK 5.0 的標準類庫中的許多類,比如集合框架,都已經泛型化了,但是使用集合類(比如 HashMap 和 ArrayList)的現有代碼可以繼續(xù)不加修改地在 JDK 1.5 中工作。當然,沒有利用泛型的現有代碼將不會贏得泛型的類型安全的好處。

在學習泛型之前,簡單介紹下泛型的一些基本術語,以ArrayList<E>和ArrayList<Integer>做簡要介紹:
整個成為ArrayList<E>泛型類型
ArrayList<E>中的 E稱為類型變量或者類型參數
整個ArrayList<Integer> 稱為參數化的類型
ArrayList<Integer>中的integer稱為類型參數的實例或者實際類型參數
·ArrayList<Integer>中的<Integer>念為typeof Integer
ArrayList稱為原始類型

二、泛型的使用
泛型的參數類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中,分別稱為泛型類、泛型接口和泛型方法。下面看看具體是如何定義的。
1、泛型類的定義和使用
一個泛型類(generic class)就是具有一個或多個類型變量的類。定義一個泛型類十分簡單,只需要在類名后面加上<>,再在里面加上類型參數:
public static <T> ArrayList<T> empty() {
return new ArrayList<>();
}

public static <K, V> HashMap<K, V> emptyHashMap() {
    return new HashMap<>();
}

現在我們就可以使用這個泛型類了:
List<Map<String, Object>> list= ListUtil.empty();

2、泛型接口的定義和使用
定義泛型接口和泛型類差不多,看下面簡單的例子:
interface Show<T,U>{
void show(T t,U u);
}

class ShowTest implements Show<String,Date>{
@Override
public void show(String str,Date date) {
System.out.println(str);
System.out.println(date);
}
}
測試一下:
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
ShowTest showTest=new ShowTest();
showTest.show("Hello",new Date());
}

3、泛型方法的定義和使用
泛型類在多個方法簽名間實施類型約束。在 List<V> 中,類型參數 V 出現在 get()、add()、contains() 等方法的簽名中。當創(chuàng)建一個 Map<K, V> 類型的變量時,您就在方法之間宣稱一個類型約束。您傳遞給 add() 的值將與 get() 返回的值的類型相同。
類似地,之所以聲明泛型方法,一般是因為您想要在該方法的多個參數之間宣稱一個類型約束。
舉個簡單的例子:
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
String str=get("Hello", "World");
System.out.println(str);
}

public static <T, U> T get(T t, U u) {
    if (u != null)
        return t;
    else
        return null;
}

三、泛型變量的類型限定
在上面,我們簡單的學習了泛型類、泛型接口和泛型方法。我們都是直接使用<T>這樣的形式來完成泛型類型的聲明。
有的時候,類、接口或方法需要對類型變量加以約束。看下面的例子:
有這樣一個簡單的泛型方法:
public static <T> T get(T t1,T t2) {
if(t1.compareTo(t2)>=0);//編譯錯誤
return t1;
}
因為,在編譯之前,也就是我們還在定義這個泛型方法的時候,我們并不知道這個泛型類型T,到底是什么類型,所以,只能默認T為原始類型Object。所以它只能調用來自于Object的那幾個方法,而不能調用compareTo方法。
可我的本意就是要比較t1和t2,怎么辦呢?這個時候,就要使用類型限定,對類型變量T設置限定(bound)來做到這一點。
我們知道,所有實現Comparable接口的方法,都會有compareTo方法。所以,可以對<T>做如下限定:
public static <T extends Comparable> T get(T t1,T t2) { //添加類型限定
if(t1.compareTo(t2)>=0);
return t1;
}

類型限定在泛型類、泛型接口和泛型方法中都可以使用,不過要注意下面幾點:
1、不管該限定是類還是接口,統(tǒng)一都使用關鍵字 extends
2、可以使用&符號給出多個限定,比如
public static <T extends Comparable&Serializable> T get(T t1,T t2)
3、如果限定既有接口也有類,那么類必須只有一個,并且放在首位置
public static <T extends Object&Comparable&Serializable> T get(T t1,T t2)

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