Genericity - 泛型 - Java - 细节狂魔

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前言

对于泛型，我们的学习目的：看得懂就可以了。因为 泛型是 java 当中比较难的一块语法了。

什么是泛型？

一般的类和方法，只能使用具体的类型；基本类型，或者是自定义的类。如果要编写可以用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。 ------- 来自《Java编程思想》
泛型是在JDK1.5引入的新语法，通俗讲：泛型 ->就是适用于很多类型。从代码上讲，就死对类型实现了参数化（将类作为参数进行传递）。

引出泛型

实现一个类似顺序表的类，使得底层的数组可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法来返回数组中某个下标的值
思路：
  1.我们以前学过的数组，只能存放指定类型的元素。例如：
int[] array1 = new int[10];
String[] array2 =new String[10];

---

2、所有类的父类，默认为 Object 类。数组是否可以创建为 Object ？

代码示例

.>

此时，我们会发现：我们的数组由于类型 是 Object 的类，说明什么类型都可以往 数组里放。因此，我们 set 方法，接收的数据类型为 Object 类型，返回值也是Object 类型。
因为你不知道下一个返回的数据是什么类型的数据。
因此，导致了一个问题的出现，哪怕我们知道下一个数据类型，用相应的数据类型去接收也是不可以的。只能使用 Object 去接收。

只有 进行 强制类型转换，才能赋值。

结论

该代码，任何类型的数据都可以放入，但是取出需要强制类型转换。
虽然这个代码确定达到了通用的效果。但是！ 取出数据很麻烦。

由结论 引出 我们的泛型，将存在缺陷弥补。

我们来讲修整好的代码执行一下，看一下效果。

结果表明，编译阶段没有问题。而且有了泛型指定类型之后，在编译阶段会帮我们检查一波输入的数据类型，如果和指定类型不符，则会有错误提示。

结果表明， 运行没有问题。
我们在来看看取出的数据的时候，有没有问题。

而且，不需要手动类型转换了。它会自动进行类型转换。
要向存储其他类型的数据也可以，只需要 再去new MyArray 类，利用泛型去指定你想输入的数据类型。

取出数据。

泛型初步结论:

1、类名后的 代表占位符，表示当前类时一个泛型类。
2、 泛型类型的数数组，不能new/实例化。
3、基本数据类型，不能作为泛型类型的参数。要封装类。
4、类型后加入<数据类类型>，该类型只能处理 规定的数据类型。
5、编译的时候，自动进行类型的检查
6、取出数据的时候，不需要类型转换。

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泛型的主要目的：就是指定当前的“容器”，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。
此时，就把需要类型，作为参数传递。要什么类型，就传入什么类型。
以此达到灵活使用，却不会乱套的地步。

语法

语法一

class 泛型类名称<类型实参列表>{// 这里可以使用类型参数}//示例classClassName<T1,T2,.......Tn>{// 这里可以使用类型参数}

语法二

class 泛型类名称<类型实参列表>extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */{// 这里可以使用类型参数}classClassName<T1, T2,...,Tn>extendsParentClass<T1>{// 可以只使用部分类型参数}

泛型类的使用

语法

泛型类<类型实参> 变量名;// 定义一个泛型类引用new 泛型类<类型实参>(构造方法实参);// 实例化一个泛型类对象

MyArray<Integer> list =newMyArray<Integer>();

注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

类型推导（Type inference）

编译器可以通过上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写。

MyArray<Integer> list =newMyArray<>();// 可以推导出实例化需要的实参类型为Integer

裸类型(Raw Type)

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如 MyArrayList 就是一个裸类型

相当于 泛型没有其作用。又回到原点了。所以请记住：使用泛型类，记得加<类型实参>。

前半部分的概括小结

1、泛型是将数据类型参数化，进行传递。
2、使用表示当前类时一个泛型类。
3、泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型的检查和转换。

泛型是如何编译的？

擦除机制

泛型到底是怎么编译的？这个问题 是 曾经 的一个面试问题
泛型本身就是一个非常难的语法，需要理解好它，还是需要时间的！

下面我们就用通过实战来了解 它 是 如何编译的。

通过命令： javap -c 查看字节码文件，发现所有的 T 都换成 Object。
即：在编译的过程当中，将所有的 T 替换 Object 这种机制，我们称为 擦除机制。
Java 的泛型机制是在编译阶段实现的。
编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

擦除机制的介绍

有关泛型擦除机制的文章截介绍：链接
这篇文章讲得非常清楚的。
我们摘取部分重要内容讨论

什么意思呢？我们在这里再解读一下。

如果这么去写，我们又会回到最初的问题。因为我们刚开始就是这么写的。
放入数据没有限制，太灵活了。拿出数据需要强制类型准换，太麻烦了。
现在我们就是使用反证法，来简单说明一下。
假设泛型类型的数组可以实例化：public T[] objects = new T[10]；


有的人可能会有疑问：不是说泛型在编译期间，会检查数据类型吗？为什么一开始不报错？
其实很简单：类型检查嘛，你指定 类型参数是 String，它就认为 getArray 返回的数组类型就是String[] 类型，所以它不会报错。
还有一个因素： 因为 public T[] objects = new T[10]； 能成立的话，根据擦除机制：T = Object，那么就是说：这个数组它可以存储任何类型的元素。故：getArray 返回的数组元素类型可以五花八门的，我们凭什么认为 String[] 能接收？答案是不能的！
其实我们的这种写法： public T[] objects = (T[])new Object[10]；也是不安全的！
存在的问题也是一样的，数组的元素 也有可能存储不同类型的元素。
有的人可能就会说：那搞了半天，这泛型不跟没有一样？ 答案：不是的！ 它起着一定提示作用，指定我们输入某种类型的数据。能够程度上避免我们犯错。
当然，并不说泛型就这点作用，这是因为此时使用泛型的方法，不是正确的。

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那么，正确的方法又是怎么样？不知道大家有没有注意到 上面那篇文章的部分截图最下面划线的地方。


通过Array.newInstance() 方法，向它转入 参数，才能真正创建一个 T[] 类型的数组。
‘如果要创建一个泛型数组，记住一定是使用 反射 来创建的。
记住！不要傻里傻气说：原码里 ArrayList 底层的数组就是 Object类型。原码有它自己的处理方式，绝大部分人又不会涉及到 jdk 的开发，所以无足轻重。有兴趣的，自己去研究。

泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。
泛型只有上界，没有下界。另外，当泛型类没有指定边界时（class 泛型类名），默认是Object。

语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界>{...}

示例

publicclassMyArray<EextendsNumber>{...}

只接受 Number 的子类型作为E的类型实参（E 可以是 Number 或者 Number的子类）。这就叫做 泛型上界。

实例

复杂示例 - 比较接口

publicclassMyArray<EextendsComparable<E>>{...}

&ensp；

实例 - 写一个泛型类，找出数组中的最大值

所以，此时我们需要实现 Comparator 或者 Comparable 接口，来比较大小。
通过 compareTo 方法 来比较。

但是，你会发现 没有 与 Comparable 和 Comparator 相关的功能。
这是因为你怎么确定 类型参数 T 它实现了 Comparable 或者 Comparator接口的方法？
没有办法确定！
来看怎么解决！

来看看 实际效果

基本数据类型的包装类 和 String 类 都实现了 Comparable 接口

泛型方法

定义语法

方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表){...}//  <类型形参列表> 一般只有在静态方法中，写在static后面

实例 - 非静态

实例 - 静态

细心的朋友发现，你在通过类名调用 静态方法的时候，并没有指定类型啊。
为什么就可以通过呢？
其实，是省略了。来看下面的图

泛型中的父子类关系

publicclassMyArrayList<E>{...}// MyArrayList<Object> 不是 MyArrayList<Number> 的父类型// MyArrayList<Number> 也不是 MyArrayList<Integer> 的父类型

理论上来说：Object 是 所有类的父类。
至于 为什么说： MyArrayList 不是 MyArrayList 的父类型， MyArrayList 也不是 MyArrayList 的父类型。 这是因为 这些 类名后面的 尖括号 和 里面的类型参数 都会被擦除掉。

findMax方法 里面的 T 会被擦成 Object，而<类型参数>会被完全擦除。
也就说：在JVM当中是没有泛型的概念的。
所以 上面的 4个类时构成不了父子关系的。

通配符

? 用于在泛型的使用，即为通配符。

通配符解决什么问题

通配符是用来解决泛型无法协变的问题。
协变 指的就是如果 Student 是 Person 的子类，那么List 也应该是 List的子类。
但是泛型是不支持这样样子父子类关系的。
1、泛型 T 是指定的类型，一旦你传给了我就定下了。而通配符则更为灵活或者说是不确定，更多的是用于扩充参数的范围。
2、或者我们可以这样理解：泛型 T 就是一个变量，等着你将来传给它一个具体的类型；而通配符则是一种规定：规定你只传某一个范围的参数类型。【比如说整形 short、int 都是整形范围里的类型】

实例：假设现有一个 list，输出list当中的数据

代码1

泛型指定了某种类型，也就是说：类型参数 T 一定是将来指定的一个泛型参数。
publicstatic<T>voidprintList1(ArrayList<T> list){for(T x:list){System.out.println(x);}}

代码二

//代码2中使用了通配符，和代码1相比，此时传入printList2的数据类型，//具体是什么数据类型，我们是不清楚的。这就是通配符。// 这也是为什么 foreach 循环中，x 是 Object 类型，就是因为不确定数据类型，publicstaticvoidprintList2(ArrayList<?> list){for(Object x:list){System.out.println(x);}}

代码比较

效果图

从效果上来看：两者效果是一样的。
唯一的区别即使程序上的区别，print1 的T 一定是指定了某种数据类型的。接收还是用 T 去接收。
而 print2 使用了通配符 ？，指定了一个类型范围，虽然扩充了参数的范围，但同时也意味着无法 确定具体类型，所以使用 Object 去接收读取的数据。

通配符上界

语法

<?extends 上界><?extendsNumber>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类

示例 1

// 可以传入类型实参是 Number 子类的任意类型的 MyArrayListpublicstaticvoidprintAll(MyArrayList<?extendsNumber> list){...}// 以下调用都是正确的printAll(newMyArrayList<Integer>());printAll(newMyArrayList<Double>());printAll(newMyArrayList<Number>());// 以下调用是编译错误的printAll(newMyArrayList<String>());printAll(newMyArrayList<Object>());

示例 2

AnimalCatextendsAnimalDogextendsAnimaCat 和 Dog 都继承了 Animal，也就是说 Animal 是 Cat 和 Dog 的 父类，即 Cat 和 Dog是 Animal的子类。

根据上述关旭，写一个方法，打印一个存储了Animal 或者 Animal 子类的 list、

代码1

publicstaticvoidprint(List<Animal> list){}

但是这样写不可以解决这个问题，因为 print 的 参数类型是 List list,就不能接收 List list。.
因为 List 是一个泛型，根据前面所讲 Cat 和 Dog 跟 泛型的父类 是不构成父子关系的。
所以说 通配符的出现就是为解决这一类的问题（协变类型：父子类关系）。

代码2

publicstatic<TextendsAnimal>voidprint2(List<T> list){for(T animal : list){System.out.println(animal);}}

此时T类型是Animal的子类或者自己。该方法可以实现.
因为 我们通过 extends Animal 确保了 T 是 Animal 的 子类，或者本身。
这里是 泛型上界

代码3 - 通配符实现

publicstaticvoidprint3(List<?extendsAnimal> list){for(Animal ani : list){System.out.println(ani);//调用谁的toString 方法？}}

这方法比上一个方法更好。
通过利用 通配符的上界，将 类型参数 限制为 Animal 或者 Animal 的子类。
所以 在 foreach 循环，我们可以是使用 Animal 来接收 读取的数据。
也就是 只是 传入 Cat 或者 Dog 都是可以的。
但是输出的时候，存入的如果是Cat ，那么输出的时候就会调用 Cat 的 toString 方法、
同理：Dog 的话，那么sout的时候就会调用 Dog 的toString 方法。
Animal 就调用 Animal 的 toString 方法。
注意！如果没有 在 通配符后面添加上界，那么foreach就需要使用 Object 类型去接收。

三个代码的区别

1、对于实现泛型的 print2 方法， 对 T 进行了限制，只能是Animal 或者Animal 的子类（泛型上界），当传入Cat时，类型也就定下来了，就是Cat。
'2、对于通配符实现的print3方法，首先不用在static后面使用尖括号，其次相当于对Animal 进行了规定，允许你传入animal的子类。具体哪个子类，此时并不清楚。
【比如：传入了Cat，实际上声明的类型是 Animal，使用多态才能调用Cat的toString方法】

通配符的上界 - 父子类关系

// 需要使用通配符来确定父子类型MyArrayList<?extendsNumber> 是 MyArrayList<Integer>或者 MyArrayList<Double>的父类类型
MyArrayList<?> 是 MyArrayList<?extendsNumber> 的父类型

对于 MyArrayList<? extends Number>，我们只能传入 Number 或者 Number的子类。
而 后面的 MyArrayList 或者 MyArrayList中的 和 ，但是属于<? extends Number>的子类。
即：MyArrayList<? extends Number> 是 MyArrayList 或者 MyArrayList的父类类型

---

对于 MyArrayList<?> ，<?> 就相同与 Object了，Objet 是所有类的父类。
那么，MyArrayList<? extends Number>中的 <? extends Number> 就是 它的子类了。 即：MyArrayList<?> 是 MyArrayList<? extends Number> 的父类型

通配符的上界 - 特点

对于这个代码，我们思考：是否可以对这个List 进行写入？

答案是不可以！【具体原因注释写很清楚】
但是请记住： 通配符的上界 适合读取数据，不适合输入数据。’

通配符的下界

语法：

<?super 下界><?superInteger>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

注意！通配符有下界，但是泛型没有下界。
通配符的上界 与 下界的区别 就在于 extends + (上界) 与 super + (下界)
xtends + (上界) : 传参的类型只能是 上界，或者 上界的子类。
super + (下界)：传参的类型只能是 下界，或者 下界的父类。

示例

// 可以传入类型实参是 Integer 父类的任意类型的 MyArrayListpublicstaticvoidprintAll(MyArrayList<?superInteger> list){...}// 以下调用都是正确的printAll(newMyArrayList<Integer>());printAll(newMyArrayList<Number>());printAll(newMyArrayList<Object>());// 以下调用是编译错误的printAll(newMyArrayList<String>());printAll(newMyArrayList<Double>());

实例

附图 - 来自java 黑皮书

还是一开始说的那句话，不要较真，以看得懂代码为母的就行了。
能用到通配符，除非你被邀请参加开发 jdk，这个可能非常小。

包装类

这里我就不再多讲，看着我的这篇文章就行了！
List 接口相关知识 - ArrayList数据结构 - Java - 细节狂魔开头就讲了 泛型 和 包装类。自行学习。