Java泛型二三事
2015-12-15 编程语言 java 泛型 2.1k 字 6 分钟
泛型（Generic Type）是Java中重要的一部分。在使用Java标准库中的内容的时候，经常会遇到泛型。这里将知道的泛型部分内容总结一下。以后遇到新的内容还会继续补充。
什么是泛型
讨论一个内容的时候，首先会来说什么是什么。在官方的文档中说到
A generic type is a generic class or interface that is parameterized over types.
泛型又可以称作参数化类型，这是在Java SE新增添的特性。一对尖括号，中间包含类型信息。将类型独立成参数，在使用的时候才指定实际的类型。
如果没有泛型会怎么样？我们考虑以下几种情况：
- 你实现了一个存储整数类型（Integer）的列表，这时候你又需要存储字符串（String）的列表，两种列表逻辑行为完全一样，只是存储的类型不同。
- 为了保证列表的通用性，你将列表的类型改为了Object，这样就不用为类型修改代码了。但是每次从列表中取对象的时候都需要强制转换，而且很很容易出错。
有了泛型之后，可以将逻辑相同类型不同的代码独立出来，由编译器负责进行类型转换。
泛型的声明
泛型方法（Generic Method）
泛型方法是在普通方法声明上加入了泛型。
public static < E > void printArray( E[] inputArray )
{
for ( E element : inputArray ){
System.out.printf( "%s ", element );
}
System.out.println();
}
调用：
// Create arrays of Integer, Double and Character
Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Double[] doubleArray = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 };
Character[] charArray = { 'H', 'E', 'L', 'L', 'O' };
System.out.println( "Array integerArray contains:" );
printArray( intArray ); // pass an Integer array
System.out.println( "\nArray doubleArray contains:" );
printArray( doubleArray ); // pass a Double array
System.out.println( "\nArray characterArray contains:" );
printArray( charArray ); // pass a Character array
输出：
Array integerArray contains:
1 2 3 4 5 6
Array doubleArray contains:
1.1 2.2 3.3 4.4
Array characterArray contains:
H E L L O
Java泛型方法的声明格式如下：
[权限] [修饰符] [泛型] [返回值] [方法名] ( [参数列表] ) {}
public static < E > void printArray( E[] inputArray ) {}
泛型的声明，必须在方法的修饰符（public,static,final,abstract等）之后，返回值声明之前。可以声明多个泛型，用逗号隔开。泛型的声明要用<>包裹。
泛型方法的使用有两种：
类型推导
以声明键值对的例子来说，通常的写法会有一长串，不免有些痛苦。
Map<String, List<String>> m = new HashMap<String, List<String>>();
我们可以构造一个泛型方法作为静态工厂，来完成这一操作。
public static <K, V> HashMap<K, V> newInstance() {
return new HashMap<K, V>();
}
Map<String, List<String>> m = newInstance();
编译器在编译代码的时候推导出了K, V分别对应的类型。当然，编译器的推导能力也是有限的，这里也就不过多讨论了。
指定类型
泛型类（Generic Class）
泛型类和普通类的声明一样，只是在类名后面加上了类型表示。就像泛型方法，泛型类可以有一个或多个类型表示，用逗号进行分隔。
public class Box<T> {
private T t;
public void add(T t) {
this.t = t;
}
public T get() {
return t;
}
public static void main(String[] args) {
Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
Box<String> stringBox = new Box<String>();
integerBox.add(new Integer(10));
stringBox.add(new String("Hello World"));
System.out.printf("Integer Value :%d\n\n", integerBox.get());
System.out.printf("String Value :%s\n", stringBox.get());
}
}
输出：
Integer Value :10
String Value :Hello World
在泛型类上声明的类型，可以被用到类中任何表示类型的地方。
泛型类只能通过以指定类型的方式进行使用。在之后的Java版本中，加入了类型推导功能，可以将后面的泛型类型省略，但是还是需要保留尖括号。
List<String> list = new ArrayList<String>(); // 普通的写法
List<String> list = new ArrayList<>(); // 省略的写法
泛型接口（Generic Interface）
泛型接口是在声明接口的时候指定，类在继承接口的时候需要补充泛型类型。
public interface Info<T> {
public T getInfo();
}
然后定义一个类实现这个接口
public InfoImp implements Info<String> {
public String getInfo() {
return "Hello World!";
}
}
可以发现实现接口里的方法需要使用具体的类型。
泛型接口的一般格式：
[访问权限] interface [接口名] <泛型标识> {}
当然，我们可以实现泛型接口的时候不指名泛型类型，这样这个类就需要定义为泛型类。
public InfoImp<T> implements Info<T> {
public T getInfo() {
return null;
}
}
泛型标识与泛型通配符
理论上泛型标识可以使用任意的字母或字母序列，可以考虑以下的例子，但是不推荐这样使用
public static <STRING> STRING sayHello(STRING word){
System.out.println("Hello " + word);
return a;
}
但是Java内部有一套自己的规范，这样在阅读JDK代码的时候会更加明确泛型标识的含义。
E - Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)
T - Type（Java 类）
K - Key（键）
V - Value（值）
N - Number（数值类型）
? - 表示不确定的java类型
S、U、V - 2nd、3rd、4th types
说到泛型标识符，再说一说泛型通配符。常用的泛型通配符有三种。
**任意类型 - **
`可以理解为泛型中的Object`，为什么这么说呢？因为任意类型的通配符可以接受任意类型的泛型。下面的例子表示出了这种关系
Box<?> box = new Box<String>();
类似于将后面的类型转换到前面的类型。但是<?>只能用作接收，不能用来定义，下面的例子是错误的
class Box<?> {} //错误的泛型类定义
public static <?> void sayHello(? helloString) {} //错误的泛型方法定义
interface Box<?> {} //错误的泛型接口定义
上限类型 - <? extends 类>
<? extends 类> 表示泛型只能使用这个类或这个类的子类。举个例子
public static <T extends String> void sayHello(T helloString) {}
在该方法中调用sayHello("xiaoming");是正确的，但是调用sayHello(2333);就是错误的。
考虑一种更通用的情况
public static void printList(List<? extends String> list){
for(String str:list){
System.out.println(str);
}
}
这个例子指定了泛型类的具体类型的范围。在JDK中经常可以看到这样的使用方法。
下限类型 - <? super 类>
同上限方法，<? super 类> 表示泛型只能使用这个类或这个类的父类。
这里就不再举例子了。
泛型二三事
类型擦除
泛型只在编译时有效，编译成字节码的过程中会进行类型擦除的操作。当然并不是所有的泛型类型都被擦除，有些也会保留下来。
一个简单的类型擦除的例子：
List<String> list = new ArrayList<>();
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
String s = it.next();
}
我们对其编译，然后再反编译，反编译引擎用的CFR：
ArrayList arrayList = new ArrayList();
Iterator iterator = arrayList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String string = (String)iterator.next();
}
从上面的结果可以看出，泛型类上面的类型被去掉了，但是增加了一个类型强制转换。解释器默认认为里面的类型都会是String。这是因为在编译的时候会进行类型检查，如果发现使用的类型与泛型声明类型不符，编译是不会通过的。
那能不能绕过这个检查呢？这个时候就需要使用反射来进行操作了。就上面的例子来说，ArrayList可以放入任意类型，所以使用反射只要保证类型强制转换不出问题，程序还是可以使用的。
在Java文档中提到，类型擦除主要进行以下工作：
- 将泛型中的所有类型参数更换成类型界限，或者无界的类型替换成Object。所以生成的字节码只包含普通类、接口和方法。
- 为了确保类型安全，必要时插入强制类型转换
- 生成桥接方法保持扩展泛型类型中的多态性
可变参数
使用泛型方法可以使用可变参数：
public class Main {
public static <T> void out(T... args) {
for (T t : args) {
System.out.println(t);
}
}
public static void main(String[] args) {
out("findingsea", 123, 11.11, true);
}
}
可以发现编译器很好的处理了这些，里面的具体原理还有待继续研究。
new T()?
你可能会很好奇，能不能在泛型方法（类）中创建泛型类型的实例呢？
答案是不可以的
public static <E> void append(List<E> list) {
E elem = new E(); // 编译错误
list.add(elem);
}
不过可以使用反射来创建实例
public static <E> void append(List<E> list, Class<E> cls) throws Exception {
E elem = cls.newInstance(); // OK
list.add(elem);
}
List<String> ls = new ArrayList<>();
append(ls, String.class);
因为类型擦除的缘故，部分类型信息会丢失，我们在运行时不会获取到相应的类型，所以也就无法将该类型实例化成对象。
泛型和数组
在Java中，直接创建泛型数组是非法的。泛型设计的初衷是为了简化程序员类型转换的操作，保证类型安全。数组是协变的，如果Sub为Super的子类型，那么数组Sub[]就是Super[]的子类型。这样做就很难保证存储上的安全。
但在实际使用过程中，往往需要创建泛型数组：
public static <E> E[] newArray(int n) {
return new E[n];
}
这个时候运行程序，会抛出异常
Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem:
Cannot create a generic array of E
在这种情况下，可以使用列表来代替数组
public static <E> List<E> newList() {
return new ArrayList<E>();
但是，Java不是生来就有List的，如果遇到必须使用数组的情况该怎么办？
在这里可以参考Java里聚合类型的实现，以一个简单的例子说明
public class Stack<E> {
private E[] elements;
private int size = 0;
public Stack() {
elements = new E[10];
}
public void push(E e) {
elements[size++] = e;
}
public E pop() {
E result = elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
}
上面的例子和java.util.Stack还是有区别的，只是为了说明如何处理泛型数组问题。
同样运行的时候会出错
Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem:
Cannot create a generic array of E
一种方法是在创建泛型数组的时候创建一个Object数组，然后转换成E数组。
elements = (E[]) new Object[10];
第二种方法将数组类型改为Object，在弹出元素的时候进行转换
public class Stack<E> {
private Object[] elements;
...
public E pop() {
E result = (E) elements[--size];
...
}
}
数组和泛型有着不同的规则和特性，一般来说不能很好的混用。如果混合起来的时候，请注意编译器的警告和错误，保证在类型问题上不要出现问题。
参考内容