詳細(xì)講解Java的泛型
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(biāo),要求坐標(biāo)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(yùn)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(biāo)時不會有任何問題,但是取出坐標(biāo)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(yùn)行期間才會拋出異常,所以要盡量避免使用向下轉(zhuǎn)型。運(yùn)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(yùn)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(biāo)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(yùn)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(biāo)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(biāo)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(yùn)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(biāo)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(yùn)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(yùn)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(biāo)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?jǐn)?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(jìn)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?jǐn)?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(jìn)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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