詳細講解Java的泛型

更新時間：2015年09月27日 17:08:46 投稿：goldensun

這篇文章主要介紹了Java的泛型,是Java入門學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)知識,需要的朋友可以參考下

我們知道，使用變量之前要定義，定義一個變量時必須要指明它的數(shù)據(jù)類型，什么樣的數(shù)據(jù)類型賦給什么樣的值。

假如我們現(xiàn)在要定義一個類來表示坐標，要求坐標的數(shù)據(jù)類型可以是整數(shù)、小數(shù)和字符串，例如：

x = 10、y = 10
x = 12.88、y = 129.65
x = "東京180度"、y = "北緯210度"

針對不同的數(shù)據(jù)類型，除了借助方法重載，還可以借助自動裝箱和向上轉(zhuǎn)型。我們知道，基本數(shù)據(jù)類型可以自動裝箱，被轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的包裝類；Object 是所有類的祖先類，任何一個類的實例都可以向上轉(zhuǎn)型為 Object 類型，例如：
int --> Integer --> Object
double -->Double --> Object
String --> Object

這樣，只需要定義一個方法，就可以接收所有類型的數(shù)據(jù)。請看下面的代碼：

public class Demo {
  public static void main(String[] args){
    Point p = new Point();
    p.setX(10); // int -> Integer -> Object
    p.setY(20);
    int x = (Integer)p.getX(); // 必須向下轉(zhuǎn)型
    int y = (Integer)p.getY();
    System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
    
    p.setX(25.4); // double -> Integer -> Object
    p.setY("東京180度");
    double m = (Double)p.getX(); // 必須向下轉(zhuǎn)型
    double n = (Double)p.getY(); // 運行期間拋出異常
    System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  }
}
class Point{
  Object x = 0;
  Object y = 0;
  public Object getX() {
    return x;
  }
  public void setX(Object x) {
    this.x = x;
  }
  public Object getY() {
    return y;
  }
  public void setY(Object y) {
    this.y = y;
  }
}

上面的代碼中，生成坐標時不會有任何問題，但是取出坐標時，要向下轉(zhuǎn)型，在 Java多態(tài)對象的類型轉(zhuǎn)換一文中我們講到，向下轉(zhuǎn)型存在著風(fēng)險，而且編譯期間不容易發(fā)現(xiàn)，只有在運行期間才會拋出異常，所以要盡量避免使用向下轉(zhuǎn)型。運行上面的代碼，第12行會拋出 java.lang.ClassCastException 異常。

那么，有沒有更好的辦法，既可以不使用重載（有重復(fù)代碼），又能把風(fēng)險降到最低呢？

有，可以使用泛型類(Java Class)，它可以接受任意類型的數(shù)據(jù)。所謂“泛型”，就是“寬泛的數(shù)據(jù)類型”，任意的數(shù)據(jù)類型。

更改上面的代碼，使用泛型類：

public class Demo {
  public static void main(String[] args){
    // 實例化泛型類
    Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
    p1.setX(10);
    p1.setY(20);
    int x = p1.getX();
    int y = p1.getY();
    System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
    
    Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
    p2.setX(25.4);
    p2.setY("東京180度");
    double m = p2.getX();
    String n = p2.getY();
    System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  }
}
// 定義泛型類
class Point<T1, T2>{
  T1 x;
  T2 y;
  public T1 getX() {
    return x;
  }
  public void setX(T1 x) {
    this.x = x;
  }
  public T2 getY() {
    return y;
  }
  public void setY(T2 y) {
    this.y = y;
  }
}

運行結(jié)果：

This point is：10, 20
This point is：25.4, 東京180度

與普通類的定義相比，上面的代碼在類名后面多出了 <T1, T2>，T1, T2 是自定義的標識符，也是參數(shù)，用來傳遞數(shù)據(jù)的類型，而不是數(shù)據(jù)的值，我們稱之為類型參數(shù)。在泛型中，不但數(shù)據(jù)的值可以通過參數(shù)傳遞，數(shù)據(jù)的類型也可以通過參數(shù)傳遞。T1, T2 只是數(shù)據(jù)類型的占位符，運行時會被替換為真正的數(shù)據(jù)類型。

傳值參數(shù)（我們通常所說的參數(shù)）由小括號包圍，如 (int x, double y)，類型參數(shù)（泛型參數(shù)）由尖括號包圍，多個參數(shù)由逗號分隔，如 <T> 或 <T, E>。

類型參數(shù)需要在類名后面給出。一旦給出了類型參數(shù)，就可以在類中使用了。類型參數(shù)必須是一個合法的標識符，習(xí)慣上使用單個大寫字母，通常情況下，K 表示鍵，V 表示值，E 表示異?；蝈e誤，T 表示一般意義上的數(shù)據(jù)類型。

泛型類在實例化時必須指出具體的類型，也就是向類型參數(shù)傳值，格式為：

  className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();

也可以省略等號右邊的數(shù)據(jù)類型，但是會產(chǎn)生警告，即：

  className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因為在使用泛型類時指明了數(shù)據(jù)類型，賦給其他類型的值會拋出異常，既不需要向下轉(zhuǎn)型，也沒有潛在的風(fēng)險，比本文一開始介紹的自動裝箱和向上轉(zhuǎn)型要更加實用。

注意：
泛型是 Java 1.5 的新增特性，它以C++模板為參照，本質(zhì)是參數(shù)化類型(Parameterized Type)的應(yīng)用。
類型參數(shù)只能用來表示引用類型，不能用來表示基本類型，如 int、double、char 等。但是傳遞基本類型不會報錯，因為它們會自動裝箱成對應(yīng)的包裝類。
泛型方法

除了定義泛型類，還可以定義泛型方法，例如，定義一個打印坐標的泛型方法：

public class Demo {
  public static void main(String[] args){
    // 實例化泛型類
    Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
    p1.setX(10);
    p1.setY(20);
    p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());
    
    Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
    p2.setX(25.4);
    p2.setY("東京180度");
    p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());
  }
}
// 定義泛型類
class Point<T1, T2>{
  T1 x;
  T2 y;
  public T1 getX() {
    return x;
  }
  public void setX(T1 x) {
    this.x = x;
  }
  public T2 getY() {
    return y;
  }
  public void setY(T2 y) {
    this.y = y;
  }
  
  // 定義泛型方法
  public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){
    T1 m = x;
    T2 n = y;
    System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
  }
}

運行結(jié)果：

This point is：10, 20
This point is：25.4, 東京180度

上面的代碼中定義了一個泛型方法 printPoint()，既有普通參數(shù)，也有類型參數(shù)，類型參數(shù)需要放在修飾符后面、返回值類型前面。一旦定義了類型參數(shù)，就可以在參數(shù)列表、方法體和返回值類型中使用了。

與使用泛型類不同，使用泛型方法時不必指明參數(shù)類型，編譯器會根據(jù)傳遞的參數(shù)自動查找出具體的類型。泛型方法除了定義不同，調(diào)用就像普通方法一樣。

注意：泛型方法與泛型類沒有必然的聯(lián)系，泛型方法有自己的類型參數(shù)，在普通類中也可以定義泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的類型參數(shù) T1, T2 與泛型類 Point 中的 T1, T2 沒有必然的聯(lián)系，也可以使用其他的標識符代替：

public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){
  V1 m = x;
  V2 n = y;
  System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
}

泛型接口

在Java中也可以定義泛型接口，這里不再贅述，僅僅給出示例代碼：

public class Demo {
  public static void main(String arsg[]) {
    Info<String> obj = new InfoImp<String>("www.weixueyuan.net");
    System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length());
  }
}
//定義泛型接口
interface Info<T> {
  public T getVar();
}
//實現(xiàn)接口
class InfoImp<T> implements Info<T> {
  private T var;
  // 定義泛型構(gòu)造方法
  public InfoImp(T var) {
    this.setVar(var);
  }
  public void setVar(T var) {
    this.var = var;
  }
  public T getVar() {
    return this.var;
  }
}

運行結(jié)果：

Length Of String: 18

類型擦除

如果在使用泛型時沒有指明數(shù)據(jù)類型，那么就會擦除泛型類型，請看下面的代碼：

public class Demo {
  public static void main(String[] args){
    Point p = new Point(); // 類型擦除
    p.setX(10);
    p.setY(20.8);
    int x = (Integer)p.getX(); // 向下轉(zhuǎn)型
    double y = (Double)p.getY();
    System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
  }
}
class Point<T1, T2>{
  T1 x;
  T2 y;
  public T1 getX() {
    return x;
  }
  public void setX(T1 x) {
    this.x = x;
  }
  public T2 getY() {
    return y;
  }
  public void setY(T2 y) {
    this.y = y;
  }
}

運行結(jié)果：

This point is：10, 20.8

因為在使用泛型時沒有指明數(shù)據(jù)類型，為了不出現(xiàn)錯誤，編譯器會將所有數(shù)據(jù)向上轉(zhuǎn)型為 Object，所以在取出坐標使用時要向下轉(zhuǎn)型，這與本文一開始不使用泛型沒什么兩樣。
限制泛型的可用類型

在上面的代碼中，類型參數(shù)可以接受任意的數(shù)據(jù)類型，只要它是被定義過的。但是，很多時候我們只需要一部分數(shù)據(jù)類型就夠了，用戶傳遞其他數(shù)據(jù)類型可能會引起錯誤。例如，編寫一個泛型函數(shù)用于返回不同類型數(shù)組（Integer 數(shù)組、Double 數(shù)組、Character 數(shù)組等）中的最大值：

public <T> T getMax(T array[]){
  T max = null;
  for(T element : array){
    max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  }
  return max;
}

上面的代碼會報錯，doubleValue() 是 Number 類的方法，不是所有的類都有該方法，所以我們要限制類型參數(shù) T，讓它只能接受 Number 及其子類（Integer、Double、Character 等）。

通過 extends 關(guān)鍵字可以限制泛型的類型，改進上面的代碼：

public <T extends Number> T getMax(T array[]){
  T max = null;
  for(T element : array){
    max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  }
  return max;
}

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子類，傳入其他類型的數(shù)據(jù)會報錯。這里的限定使用關(guān)鍵字 extends，后面可以是類也可以是接口。但這里的 extends 已經(jīng)不是繼承的含義了，應(yīng)該理解為 T 是繼承自 Number 類的類型，或者 T 是實現(xiàn)了 XX 接口的類型。

類型參數(shù)的范圍

在泛型中，如果不對類型參數(shù)加以限制，它就可以接受任意的數(shù)據(jù)類型，只要它是被定義過的。但是，很多時候我們只需要一部分數(shù)據(jù)類型就夠了，用戶傳遞其他數(shù)據(jù)類型可能會引起錯誤。例如，編寫一個泛型函數(shù)用于返回不同類型數(shù)組（Integer 數(shù)組、Double 數(shù)組等）中的最大值：

public <T> T getMax(T array[]){
  T max = null;
  for(T element : array){
    max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  }
  return max;
}

上面的代碼會報錯，doubleValue() 是 Number 類及其子類的方法，不是所有的類都有該方法，所以我們要限制類型參數(shù) T，讓它只能接受 Number 及其子類（Integer、Double、Character 等）。

通過 extends 關(guān)鍵字可以限制泛型的類型的上限，改進上面的代碼：

public <T extends Number> T getMax(T array[]){
  T max = null;
  for(T element : array){
    max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  }
  return max;
}

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子類，傳入其他類型的數(shù)據(jù)會報錯。這里的限定使用關(guān)鍵字 extends，后面可以是類也可以是接口。如果是類，只能有一個；但是接口可以有多個，并以“&”分隔，例如 <T extends Interface1 & Interface2>。

這里的 extends 關(guān)鍵字已不再是繼承的含義了，應(yīng)該理解為 T 是繼承自 Number 類的類型，或者 T 是實現(xiàn)了 XX 接口的類型。

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