详细讲解Java的泛型
我们知道,使用变量之前要定义,定义一个变量时必须要指明它的数据类型,什么样的数据类型赋给什么样的值。
假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:
x = 10、y = 10 x = 12.88、y = 129.65 x = "东京180度"、y = "北纬210度"
针对不同的数据类型,除了借助方法重载,还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道,基本数据类型可以自动装箱,被转换成对应的包装类;Object 是所有类的祖先类,任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型,例如:
int --> Integer --> Object
double -->Double --> Object
String --> Object
这样,只需要定义一个方法,就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码:
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(); // 必须向下转型 int y = (Integer)p.getY(); System.out.println("This point is:" + x + ", " + y); p.setX(25.4); // double -> Integer -> Object p.setY("东京180度"); double m = (Double)p.getX(); // 必须向下转型 double n = (Double)p.getY(); // 运行期间抛出异常 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; } }
上面的代码中,生成坐标时不会有任何问题,但是取出坐标时,要向下转型,在 Java多态对象的类型转换 一文中我们讲到,向下转型存在着风险,而且编译期间不容易发现,只有在运行期间才会抛出异常,所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码,第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。
那么,有没有更好的办法,既可以不使用重载(有重复代码),又能把风险降到最低呢?
有,可以使用泛型类(Java Class),它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”,就是“宽泛的数据类型”,任意的数据类型。
更改上面的代码,使用泛型类:
public class Demo { public static void main(String[] args){ // 实例化泛型类 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("东京180度"); double m = p2.getX(); String n = p2.getY(); System.out.println("This point is:" + m + ", " + n); } } // 定义泛型类 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; } }
运行结果:
This point is:10, 20 This point is:25.4, 东京180度
与普通类的定义相比,上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>,T1, T2 是自定义的标识符,也是参数,用来传递数据的类型,而不是数据的值,我们称之为类型参数。在泛型中,不但数据的值可以通过参数传递,数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符,运行时会被替换为真正的数据类型。
传值参数(我们通常所说的参数)由小括号包围,如 (int x, double y),类型参数(泛型参数)由尖括号包围,多个参数由逗号分隔,如 <T> 或 <T, E>。
类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数,就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符,习惯上使用单个大写字母,通常情况下,K 表示键,V 表示值,E 表示异常或错误,T 表示一般意义上的数据类型。
泛型类在实例化时必须指出具体的类型,也就是向类型参数传值,格式为:
className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型,但是会产生警告,即:
className variable<dataType1, dataType2> = new className();
因为在使用泛型类时指明了数据类型,赋给其他类型的值会抛出异常,既不需要向下转型,也没有潜在的风险,比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。
注意:
泛型是 Java 1.5 的新增特性,它以C++模板为参照,本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
类型参数只能用来表示引用类型,不能用来表示基本类型,如 int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错,因为它们会自动装箱成对应的包装类。
泛型方法
除了定义泛型类,还可以定义泛型方法,例如,定义一个打印坐标的泛型方法:
public class Demo { public static void main(String[] args){ // 实例化泛型类 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("东京180度"); p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY()); } } // 定义泛型类 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; } // 定义泛型方法 public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){ T1 m = x; T2 n = y; System.out.println("This point is:" + m + ", " + n); } }
运行结果:
This point is:10, 20 This point is:25.4, 东京180度
上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint(),既有普通参数,也有类型参数,类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数,就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。
与使用泛型类不同,使用泛型方法时不必指明参数类型,编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同,调用就像普通方法一样。
注意:泛型方法与泛型类没有必然的联系,泛型方法有自己的类型参数,在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系,也可以使用其他的标识符代替:
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中也可以定义泛型接口,这里不再赘述,仅仅给出示例代码:
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()); } } //定义泛型接口 interface Info<T> { public T getVar(); } //实现接口 class InfoImp<T> implements Info<T> { private T var; // 定义泛型构造方法 public InfoImp(T var) { this.setVar(var); } public void setVar(T var) { this.var = var; } public T getVar() { return this.var; } }
运行结果:
Length Of String: 18
类型擦除
如果在使用泛型时没有指明数据类型,那么就会擦除泛型类型,请看下面的代码:
public class Demo { public static void main(String[] args){ Point p = new Point(); // 类型擦除 p.setX(10); p.setY(20.8); int x = (Integer)p.getX(); // 向下转型 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; } }
运行结果:
This point is:10, 20.8
因为在使用泛型时没有指明数据类型,为了不出现错误,编译器会将所有数据向上转型为 Object,所以在取出坐标使用时要向下转型,这与本文一开始不使用泛型没什么两样。
限制泛型的可用类型
在上面的代码中,类型参数可以接受任意的数据类型,只要它是被定义过的。但是,很多时候我们只需要一部分数据类型就够了,用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如,编写一个泛型函数用于返回不同类型数组(Integer 数组、Double 数组、Character 数组等)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; }
上面的代码会报错,doubleValue() 是 Number 类的方法,不是所有的类都有该方法,所以我们要限制类型参数 T,让它只能接受 Number 及其子类(Integer、Double、Character 等)。
通过 extends 关键字可以限制泛型的类型,改进上面的代码:
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 及其子类,传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends,后面可以是类也可以是接口。但这里的 extends 已经不是继承的含义了,应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型,或者 T 是实现了 XX 接口的类型。
类型参数的范围
在泛型中,如果不对类型参数加以限制,它就可以接受任意的数据类型,只要它是被定义过的。但是,很多时候我们只需要一部分数据类型就够了,用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如,编写一个泛型函数用于返回不同类型数组(Integer 数组、Double 数组等)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; }
上面的代码会报错,doubleValue() 是 Number 类及其子类的方法,不是所有的类都有该方法,所以我们要限制类型参数 T,让它只能接受 Number 及其子类(Integer、Double、Character 等)。
通过 extends 关键字可以限制泛型的类型的上限,改进上面的代码:
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 及其子类,传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends,后面可以是类也可以是接口。如果是类,只能有一个;但是接口可以有多个,并以“&”分隔,例如 <T extends Interface1 & Interface2>。
这里的 extends 关键字已不再是继承的含义了,应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型,或者 T 是实现了 XX 接口的类型。