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Java学习系列:Java泛型

一、为啥需要泛型?
首先,先看看下面这段代码:

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        list.add(100);

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String name = (String) list.get(i); // 1
            System.out.println("name:" + name);
        }
    }
}

定义可一个List集合,向其中添加了两个字符串类型的值,随后加入一个Integer类型的值,只是完全允许的。因为此时list默认的类型是Object。在后面的循环中,由于忘记了之前在list中添加的值的类型,所以会在运行时抛出“java.lang.ClassCastException”异常。
在上面的编码过程中,我们发现两个问题:

  1. 在往list中添加元素的时候,集合不会记住此元素的类型,当从集合中取出元素的时候,该元素的类型为Object。
  2. 在取出元素的时候需要人为强制转换为目标类型,并且容易抛出java.lang.ClassCastException异常。

那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型,且能够达到只要编译时不出现问题,运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢?答案就是使用泛型。

二、什么是泛型?
”泛型“,即参数化类型。顾名思义就是将原来具体的类型参数化,类似于方法中的变量参数,此时类型定义为参数形式,在使用(调用)的时候传入具体的类型。
看着好像有点复杂,首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {
        /*
        List list = new ArrayList();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        list.add(100);
        */

        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        //list.add(100);   // 1  提示编译错误

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String name = list.get(i); // 2
            System.out.println("name:" + name);
        }
    }
}

采用泛型写法后,在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误,通过List<String>,直接限定了list集合中只能含有String类型的元素,从而在//2处无须进行强制类型转换,因为此时,集合能够记住元素的类型信息,编译器已经能够确认它是String类型了。

结合上面的泛型定义,我们知道在List<String>中,String是类型实参,也就是说,相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型(也就是对应的传入的类型实参)。下面就来看看List接口的的具体定义:

public interface List<E> extends Collection<E> {

    int size();

    boolean isEmpty();

    boolean contains(Object o);

    Iterator<E> iterator();

    Object[] toArray();

    <T> T[] toArray(T[] a);

    boolean add(E e);

    boolean remove(Object o);

    boolean containsAll(Collection<?> c);

    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

    boolean removeAll(Collection<?> c);

    boolean retainAll(Collection<?> c);

    void clear();

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();

    E get(int index);

    E set(int index, E element);

    void add(int index, E element);

    E remove(int index);

    int indexOf(Object o);

    int lastIndexOf(Object o);

    ListIterator<E> listIterator();

    ListIterator<E> listIterator(int index);

    List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
}

我们可以看到,在List接口中采用泛型化定义之后,<E>中的E表示类型形参,可以接收具体的类型实参,并且此接口定义中,凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。
自然的,ArrayList作为List接口的实现类,其定义形式是:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> 
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return ArrayList.this.elementData(offset + index);
    }

    //...省略掉其他具体的定义过程

}

三、自定义泛型接口、泛型类和泛型方法

从上面的内容中,大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义,以及相应的使用。是的,在具体使用时,可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。

自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下,我们看一个最简单的泛型类和方法定义:

package com.wq.test;

public class GenericTest {
     public static void main(String[] args) {
        Box<String> box  = new Box<String>("Corn");
        System.out.println("name :" + box.GetData());

        Box<Integer> age  = new Box<Integer>(120);
        System.out.println("name :" + age.GetData());
    }
}

class Box<T>{
    private T data;

    public Box() {
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    public  Box( T data ) {
        this.data = data;
    }

    public  T GetData() {
        return data;
    }
}

在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中,我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参,由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参,生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢?

public class GenericTest {
     public static void main(String[] args) {

        Box<String> box  = new Box<String>("Corn");
        System.out.println("name :" + box.GetData());

        Box<Integer> age  = new Box<Integer>(120);
        System.out.println("name :" + age.GetData());

    System.out.println(box.getClass());  //class com.wq.test.Box
    System.out.println(age.getClass());  //class com.wq.test.Box
    System.out.println(box.getClass() == age.getClass());  //true
    }
}

由此,我们发现,在使用泛型类时,虽然传入了不同的泛型实参,但并没有真正意义上生成不同的类型,传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个,即还是原来的最基本的类型(本实例中为Box),当然,在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。
究其原因,在于Java中的泛型这一概念提出的目的,导致其只是作用于代码编译阶段,在编译过程中,对于正确检验泛型结果后,会将泛型的相关信息擦除,也就是说,成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

对此总结成一句话:泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型,实际上都是相同的基本类型。

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