簡述泛型的基本使用和作用

来源:https://www.cnblogs.com/qian-fen/archive/2023/06/02/17451002.html
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# 前言 在上一篇文章中,給大家講解了泛型的概念、作用、使用場景,以及泛型集合、泛型介面和泛型類的用法,但受限於篇幅,並沒有把泛型的內容講解完畢。所以今天我們會繼續學習泛型方法、泛型擦除,以及通配符等的內容,希望大家繼續做好學習的準備哦。 *** 全文大約【**4600】** 字,不說廢話,只講可以 ...


前言

在上一篇文章中,給大家講解了泛型的概念、作用、使用場景,以及泛型集合、泛型介面和泛型類的用法,但受限於篇幅,並沒有把泛型的內容講解完畢。所以今天我們會繼續學習泛型方法、泛型擦除,以及通配符等的內容,希望大家繼續做好學習的準備哦。


全文大約【4600】 字,不說廢話,只講可以讓你學到技術、明白原理的純乾貨!本文帶有豐富的案例及配圖視頻,讓你更好地理解和運用文中的技術概念,並可以給你帶來具有足夠啟迪的思考...

一. 泛型方法

1. 簡介

我們可以在定義介面和類時使用泛型,這樣該介面和類中的所有方法及成員變數等處,也都可以使用該泛型。但其實泛型可以應用在整個類上,也可以只應用在類中的某個方法上。也就是說,方法所在的類可以是泛型類,也可以不是泛型類。方法中是否帶有泛型,與其所在的類有沒有泛型沒有關係。

泛型方法是在調用方法時才確定類型的方法,泛型可以使得該方法獨立於類而產生變化。另外,static靜態方法無法訪問泛型類的類型參數,因此,如果想讓一個static方法具有泛型能力,就必須使該靜態方法成為泛型方法。

2. 語法

我們在定義泛型方法時,需要在方法名的前面添加類型參數。定義泛型方法的語法格式如下:

[訪問許可權修飾符] [static] [final] <類型參數列表> 返回值類型 方法名([形式參數列表])

例如:

public static <T> List showInfo(Class<T> clazz,int userId){}

一般情況下,我們編寫泛型方法時,必須在該方法的名稱前聲明要使用的泛型,並且可以同時聲明多個泛型,中間也是用逗號分割。接下來就定義一個泛型方法,給大傢具體介紹一下泛型方法的創建和使用。

3. 代碼案例

這裡我們定義一個泛型方法,用於對數組排序後再遍歷元素輸出,代碼如下:

import java.util.Arrays;

public class Demo04 {
	
	//定義了一個靜態的泛型方法,遍曆數組中的每個元素
	public static <T> void printArray(T[] arr) {
		//先對數組進行排序
		Arrays.sort(arr);
		//再遍曆數組元素
	    for (T t : arr) {
	        System.out.print(t + " ");
	    }
	    System.out.println();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Integer[] nums= {100,39,8,200,65};
		//調用泛型方法
		printArray(nums);
	}
}

在上面的代碼中,printArray()就是一個泛型方法,該方法中使用了類型參數T。並且我們在方法的參數中,使用類型參數T定義了一個泛型數組T[],接著對該數組進行排序和遍歷。這樣以後無論我們傳入任何類型的數組,都可以在不進行類型轉換的前提下,輕鬆實現排序等功能了,這樣我們之前提的需求也就很容易實現了。

二. 通配符

除了以上這些用法之外,泛型中還有一個很重要的通配符功能,接下來我們就來看看它是怎麼回事。

1. 簡介

泛型中的通配符其實也是一種特殊的泛型類型,也稱為通配符類型參數。利用通配符類型參數,可以讓我們編寫出更通用的代碼,甚至可以在不知道實際類型的情況下使用它們。我們一般是使用 ? 來代替具體的類型參數,例如 List<?> 在邏輯上可以等同於 List、List 等所有 List<具體類型實參> 的類。

對此,有的小伙伴可能會很好奇,我們為什麼需要通配符呢?其實之所以會出現通配符,主要是在開發時,有時候我們需要一個泛型類型,但我們卻不知道該使用哪個具體的類型。在這種情況下,我們就可以使用通配符類型參數,讓代碼更加地通用。比如,我們想編寫一個可以接受任何類型的集合,並返回其中最大的元素時,此時我們可能並不確定到底該傳入哪個具體的集合,那使用通配符就會更好一些。

2. 通配符的形式

泛型通配符在具體使用時,有如下三種實現形式:

  • 未限定通配符(?)?表示未知類型的通配符
  • 上限通配符(? extends T)?表示類型上限的通配符,T是一個類或介面
  • 下限通配符(? super T)?表示類型下限的通配符,T是一個類或介面

接下來我們針對以上這三種形式,分別通過幾個案例來給大家講解其用法。

3. 未限定通配符(?)

未限定通配符(?)是一種表示未知類型的通配符,它可以在需要一個類型參數的情況下使用。但由於沒有限制,因此它只能用於簡單的情況,例如集合中的迭代器或者返回類型是泛型的方法等。下麵是一個簡單的例子:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo05 {

	public static void main(String[] args) {
		List<String> names = new ArrayList<String>();
		List<Integer> ages = new ArrayList<Integer>();
		List<Number> numbers = new ArrayList<Number>();

		names.add("一一哥");
		names.add("秦始皇");
		ages.add(28);
		ages.add(50);
		ages.add(28);
		numbers.add(100);
		numbers.add(800);

		printElement(names);
		printElement(ages);
		printElement(numbers);
	}

	//未限定通配符的使用
	public static void printElement(List<?> data) {
		for(int i=0;i<data.size();i++) {
			//data.getClass().getSimpleName():用於獲取某個類的類名
			System.out.println(data.getClass().getSimpleName()+"--data: " + data.get(i));
		}
	}

}

在這個例子中,printElement()方法就接受了一個未知類型的List集合,所以names,ages,numbers都可以作為這個方法的實參,這就是未限定通配符的作用。

4. PECS原則

PECS是Producer Extends Consumer Super的縮寫,這是關於Java泛型的一種設計原則。該原則表示,如果我們需要返回T,它是生產者(Producer),要使用extends通配符;如果需要寫入T,它就是消費者(Consumer),要使用super通配符。該原則可以指導我們在使用泛型時,該如何定義類型參數的上限和下限。

當我們使用泛型時,可能需要定義類型參數的上限和下限。

例如,我們想要編寫一個方法來處理一些集合類型,但我們不知道這些集合中到底有什麼類型的元素,此時我們就可以定義一個類型參數來處理所有的集合類型。一般我們可以利用extends來設置泛型上限,利用super來設置泛型下限。接下來會在下麵的第5和第6小結中,給大家講解泛型的上限和下限具體該如何實現,請大家繼續往下學習。

5. 上限通配符(? extends T)

上限通配符(?extends T)是一種表示類型上限的通配符,其中T是一個類或介面,泛型類的類型必須實現或繼承 T這個介面或類。它指定了可以使用的類型上限,主要是用於限制輸入的參數類型。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author 一一哥Sun 
 */
public class Demo06 {

	public static void main(String[] args) {
		List<String> names = new ArrayList<String>();
		List<Integer> ages = new ArrayList<Integer>();
		List<Number> numbers = new ArrayList<Number>();

		names.add("一一哥");
		names.add("秦始皇");
		ages.add(28);
		ages.add(50);
		ages.add(28);
		numbers.add(100);
		numbers.add(800);
		
		//String等非Number類型就不行
		//printElementUpbound(names);
		
		//泛型值只能是Number及其子類類型,所以Integer/Double/Float等類型都可以,但String就不行
		printElementUpbound(ages);
		printElementUpbound(numbers);
	}

	//上限通配符的使用,這裡的泛型值只能是Number及其子類類型
	public static void printElementUpbound(List<? extends Number> data) {
		for(int i=0;i<data.size();i++) {
			//data.getClass().getSimpleName():用於獲取某個類的類名
			System.out.println(data.getClass().getSimpleName()+"--data: " + data.get(i));
		}
	}
}

在這個例子中,printElementUpbound方法中的集合泛型,可以是Number類或其子類,除此之外的其他類型都不行。也就是說,我們只能使用Number或其子類作為類型參數,泛型類型的上限是Number,這就是上限通配符的含義。

6. 下限通配符(? super T)

下限通配符(?super T)是一種表示類型下限的通配符,其中T是一個類或介面。它指定了可以使用的類型下限,主要用於限制輸出的參數類型。下麵是一個簡單的例子:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo07 {

	public static void main(String[] args) {
		List<String> names = new ArrayList<String>();
		List<Integer> ages = new ArrayList<Integer>();
		List<Double> numbers = new ArrayList<Double>();

		names.add("一一哥");
		names.add("秦始皇");
		ages.add(28);
		ages.add(50);
		ages.add(28);
		numbers.add(100.0);
		numbers.add(800.9);
		
		//String等非Number類型就不行
		//printElementUpbound(names);
		
		//此時Double類型也不行
		//printElementDownbound(numbers);
		
		//泛型值只能是Integer及其父類類型,所以Double/Float/String等類型都不可以
		printElementDownbound(ages);
		
	}

	//下限通配符的使用,這裡的泛型值只能是Integer及其父類類型
	public static void printElementDownbound(List<? super Integer> data) {
		for(int i=0;i<data.size();i++) {
			System.out.println(data.getClass().getSimpleName()+"--data: " + data.get(i));
		}
	}
}

在這個例子中,printElementDownbound方法中的集合泛型,可以是Integer或其父類型,即類型下限是Integer,除此之外的其他類型都不行。也就是說,我們只能使用Integer或其父類作為類型參數,泛型類型的下限是Integer,這就是下限通配符的含義。

7. <? extends T>和<? super T>的區別

在這裡,要給大家再總結一下<? extends T>和<? super T>的區別:

  • <? extends T> 允許調用 T get()這樣的 讀方法來獲取 T對象 的引用,但不允許調用 set(T)這樣的 寫方法來傳入 T 的引用(傳入 null 除外);
  • <? super T> 允許調用 set(T)這樣的 寫方法傳入 T對象 的引用,但不允許調用 T get()這樣的 讀方法來獲取 T對象 的引用(獲取 Object 除外)。
  • <? extends T> 允許讀不允許寫, <? super T> 允許寫不允許讀。

大家註意,無論是未限定通配符、上限通配符還是下限通配符,我們既可以在方法中使用,也可以在類或介面中使用。

三. 泛型擦除

我們在學習泛型時,除了要掌握上面這些泛型類、泛型介面、泛型方法以及通配符等內容之外,還要學習泛型擦除的相關內容。那麼什麼是泛型擦除呢?我們繼續往下學習吧。

1. 簡介

所謂的泛型擦除(Type Erasure),就是指在編譯時,JVM編譯器會將所有的泛型信息都擦除掉,變成原始類型,一般是將泛型的類型參數替換成具體類型的上限或下限(如果沒有指定上界,則預設為Object)。

換句話說,雖然我們在代碼中使用了泛型,但在編譯後,所有的泛型類型都會被擦除掉,轉而使用其對應的原始類型。這就是Java泛型的底層實現原理。這樣設計的目的是為了相容舊的JDK版本,使得Java具有了較好的向後相容性,舊的非泛型代碼可以直接使用泛型類庫,而不需要進行任何修改。同時,Java也提供了反射機制來操作泛型類型,使得泛型類型在某些情況下還是可以被獲取到的,所以即使有泛型擦除,仍然也不會太影響Java虛擬機的運行時效率。

比如,在我們定義一個泛型類時,我們會使用泛型類型參數來代替具體的類型,好比下麵這個例子:
在這裡插入圖片描述

2. 泛型擦除帶來的限制

在編譯之後,這個泛型類的類型參數T就會被擦除,成為其對應的原始類型Object。

這也意味著,我們無法在運行時獲取到泛型的實際類型參數,所以泛型擦除的使用會有一些限制。首先由於泛型類型參數被擦除了,因此我們在運行時就無法獲得泛型類型參數的信息。例如,如果我們有一個List類型的變數,在運行時我們就無法獲得這個List集合中的元素類型是Integer。另一個限制是在使用泛型類型時,還需要註意類型安全性。在編譯階段,編譯器會檢查泛型類型的類型安全性;但在運行階段,由於泛型類型參數被擦除了,因此就無法保證類型安全性了。泛型擦除的限制,主要表現在以下幾個方面:

無法使用基本類型實例化類型參數;

無法在運行時獲取泛型類型信息;

泛型類型參數不能用於靜態變數或靜態方法;

不能實例化T類型。

接下來再給大傢具體分析一下這些限制

2.1 無法使用基本類型實例化類型參數

Java泛型中的類型參數不能是基本類型,只能是類或介面類型。例如,以下代碼在編譯階段會出錯,無法通過編譯:

List<int> list = new ArrayList<int>();

正確的寫法是使用基本類型對應的包裝類型,如下所示:

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

2.2 無法在運行時獲取泛型類型信息

由於泛型擦除的存在,導致我們在程式運行時無法獲取泛型類型的信息。例如,以下代碼在運行時就無法獲取List的元素類型:

List<String> list = new ArrayList<String>(); 
Class<?> clazz = list.getClass(); 
Type type = clazz.getGenericSuperclass(); 
// 輸出:class java.util.ArrayList<E>
System.out.println(type); 

在輸出的結果中,我們只能得到ArrayList的類型信息,而無法獲取到集合中具體的泛型類型信息,也就是獲取不到String的信息。但如果我們就是想在運行時獲取到泛型的實際類型參數,其實可以參考以下方式進行實現:

public class Box<T> {
    private T content;

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

    public T getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(T content) {
        this.content = content;
    }

    public Class<?> getContentType() {
        return content.getClass();
    }
}

在上面的代碼中,我們新增了一個方法 getContentType(),該方法用於返回泛型類型參數的實際位元組碼類型,以後我們通過調用這個方法,就可以間接地獲取到泛型類型的信息了。

2.3 泛型類型參數不能用於靜態變數或靜態方法

由於泛型類型參數是在實例化對象時才被確定的,因此不能在靜態變數或靜態方法中使用泛型類型參數。例如,以下代碼是無法編譯通過的:

public class MyClass<T> {   
    //這樣的代碼編譯不通過
    private static T value;   
    
    public static void setValue(T value) {        
        MyClass.value = value;     
    } 
}

正確的寫法是使用一個實際類型來代替泛型類型參數:

public class MyClass {     
    private static String value;          
    public static void setValue(String value) {         
        MyClass.value = value;     
    } 
}

2.4 不能實例化T類型

比如在下麵的案例中:

public class MyClass<T> {
    private T first;
    private T last;
    
    public MyClass() {
        first = new T();
        last = new T();
    }
}

上述代碼無法通過編譯,因為構造方法的兩行語句:

first = new T(); 
last = new T(); 

擦拭後實際上變成了:

first = new Object(); 
last = new Object(); 

這樣一來,創建new MyClass<String>()和創建new MyClass<Integer>()就變成了Object,編譯器會阻止這種類型不對的代碼。如果我們想對泛型T進行實例化,需要藉助Class< T >參數並集合反射技術來實現,且在使用時也必須傳入Class< T >。


四. 結語

不過,儘管泛型擦除有一些限制,但泛型仍然不失為一種強大的編程工具,它可以提高代碼的可讀性和可維護性。通過合理地使用泛型,我們可以在編譯時進行類型檢查,避免類型轉換的錯誤和運行時異常,從而提高了代碼的安全性和可靠性。同時,我們也需要瞭解Java泛型擦除的限制,以便在實際應用中做出正確的決策。

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