详细全面解析Java泛型

1.概述

作为一个面向对象的编程语言，Java可以通过实现一些类，作为我们各种需求的一个模板，方便我们的使用。但有时候，这个类的范围可能比我们想要的范围要大，我们只想限定于满足类的某些对象，那这样的情况下，泛型的概念就被提出来了（非官方解释，方便理解）。

举个例子：比如我们我们生活中的车，它可以作为一个类，但是车其实又有很多种，包括货车，轿车，大巴车等等，而其中的轿车外观差不多，但是又属于不同的品牌，这些品牌有很多不一样的地方，这里我们可以把轿车的品牌看作是泛型（类似于标签）

通过上面的解释，泛型的概念就比较清晰了，就是一种“类型参数”，所谓类型参数可以理解为将类型由原来的具体的类型进行参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

泛型的优点，不仅仅是上面提到的，其还有下面的优点：：

类型安全： 提高Java 程序的类型安全（泛型的主要目标）。
通过知道使用泛型定义的变量的类型限制，编译器可以验证类型假设。
消除强制类型转换：消除源代码中的许多强制类型转换。
这使得代码的可读性更高了，并且还减少了错误
上面说到了泛型在类中的使用，其实泛型的使用远不止于此，其还可以在在接口、方法中使用。下面就对这些分别进行介绍

2.泛型类

所谓泛型类就是把当我们在声明类时，类中的有些成员的类型并不是确定，然后我们可以把泛型定义在类上，当使用该类的时候，再把不确定成员的类型明确下来。

语法格式：

【修饰符】 class 类名<类型变量列表>{
    //类体
}

注： <类型变量列表>：可以是一个或多个类型变量，一般都是使用单个的大写字母表示。例如：、<K,V>等。

<类型变量列表>中的类型变量不能用于静态成员上。

泛型类的使用：

使用这种类似于参数化类型的类时，在创建类的对象时候，我们需要注意：

• 指定类型变量对应的实际类型参数
• 实际类型参数必须是引用数据类型，不能是基本数据类型

注：指定泛型实参时，必须左右两边一致，不存在多态现象（右边的可以省略不写）

代码示例：

泛型类的声明与使用：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {

        //泛型类的使用(<T>里面只能是引用类型)
        Student<Double> student1 = new Student<>("学生1",99.5);
        Student<String> student2 = new Student<>("学生2","优秀");
        Student<Character> student3 = new Student<>("学生3",'A');

        //输出结果
        System.out.println(student1);
        System.out.println(student2);
        System.out.println(student3);
    }
}

//泛型类的声明
class Student<T> { //<T>这个就是泛型类的类型参数
    private String name;
    private T score; //使用泛型，定义分数（分数可能有double类型（99.5）、字符串类型（优秀）、字符类型（‘A'）等）

    //构造方法
    public Student() {
    }

    public Student(String name, T score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", score=" + score +
                '}';
    }

}

2.1泛型接口

泛型接口和泛型类关系，就像接口和类的关系一样。 这里不多说。

语法格式：

【修饰符】 interface 接口名<类型变量列表>{
     
}

注： <类型变量列表>：可以是一个或多个类型变量，一般都是使用单个的大写字母表示。例如：、<K,V>等。

<类型变量列表>中的类型变量不能用于静态成员上。

2.2泛型接口的使用

使用这种类似于参数化类型的接口时，我们需要注意：

指定类型变量对应的实际类型参数
实际类型参数必须是引用数据类型，不能是基本数据类型
代码示例

 泛型接口的声明与使用：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {

        //泛型类的使用(<T>里面只能是引用类型)
        Student<Double> student1 = new Student<>("学生1",99.5);

        //使用泛型接口
        student1.print("学生1",99.5);
    }
}

//泛型类的声明
class Student<T> implements Print<String,T>{ //<T>这个就是泛型类的，后面<String,T>是接口，多个类型变量
    private String name;
    private T score; //使用泛型
    //构造方法
    public Student() {
    }

    public Student(String name, T score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }

    //重写接口的方法
    @Override
    public void print(String s, T t) {
        System.out.println("学生姓名："+ this.name);
        System.out.println("学生成绩："+ this.score);
    }
}

//泛型接口的声明
interface Print <T,V>{
    //定义一个打印函数，可以打印学生姓名和成绩
    public void print(T t, V v);

}

3.类型变量的上限和下限

前面说到，我们可以使用泛型类型参数，这样等我们进行实际使用的时候，我们可以任意使用类型，但如果想只使用某一系列的类型，泛型也是可以实现的。这就是我们说的类型变量的上限和类型变量的下限。下面进行分别介绍。

3.1类型变量的上限

如果泛型类定义了类型变量的上限，那么该泛型类实际的类型只能是该上限类型或者其子类类型。

语法格式：

泛型类和泛型方法的用法是一样的，后面都不再做区分。

<类型变量  extends 上限1 & 上限2> //上限可以有多个

注：如果多个上限中有类有接口，那么只能有一个类，而且必须写在最左边。接口的话，可以多个。
如果在声明<类型变量>时没有指定上限，默认上限是java.lang.Object。

代码示例：

类型变量的上限：

public class Demo2 {

    public static void main(String[] args) {
        Test<Double> test1 = new Test<>(77.5); //double类
//        Test<String> test2 = new Test<String>(); 不是数字类的子类
        Test<Integer> test3 = new Test<>(18);

        test1.print(77.5);
        test3.print(18);
    }
}

class Test<T extends Number >{ //数字类上限，只能使用数字类及其子类
    private T num;

    public Test() {
    }

    public Test(T num) {
        this.num = num;
    }

    public void print(T num){ //测试方法
        System.out.println(num);
    }
}

3.2类型变量的下限

如果泛型类定义了类型变量的下限，那么该泛型类实际的类型只能是该下限类型或者其父类类型。

语法格式：

<?  super E > // ? 代表接收E类型或者E的父类型的元素

? 是泛型类中的通配符（下面会讲到，可以先看下面的再回来看这个）

代码示例：

/*
    <? super 下限>
 */

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args){
        C<String> c=new C<>();
        c.setT("<? super 下限>");
        fun1(c);

    }

       //测试函数，泛型类使用了下限
    public static void fun1(C<? super String> c){      //接受的数据类型只能为String、Object
   
        System.out.println(c.getT()); //输入测试
    }
}

class C<T>{

    private T t;

    public T getT() {
        return t;
    }
    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }
}

4.泛型方法

鉴于某个方法定义时，想要自己定义类型变量或者在某个静态方法中定义类型变量的需求，JDK还提供了泛型方法的支持。即可以在某个方法定义时，自定以<类型变量>

注：前面说到类和接口上的类型形参是不能用于静态方法

语法格式：

【修饰符】 <类型变量列表> 返回值类型 方法名(【形参列表】)【throws 异常列表】{
    //方法体
}

注：- <类型变量列表>：可以是一个或多个类型变量，一般都是使用单个的大写字母表示。例如： < T >、<K,V>等。
<类型变量>同样也可以指定上限

代码示例：

/*
    泛型方法
 */

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Test1 test = new Test1(); //创建测试对象

        test.print(12); //测试
        test.print(12.5); //测试

    }
}

class Test1{

    public <T extends Number> void print(T t){ //泛型方法，可以设置上限
        System.out.println("这是一个泛型方法，测试类型：" + t);
    }
}

5.泛型擦除

泛型擦除只是在编译阶段才会有的，在实际运行阶段类型已经确定了，这个时候就没有泛型的概念了（JVM并不知道泛型的存在）。这个从有泛型信息到没有泛型信息的过程称之为“泛型擦除”。

其擦除规则如下：

• 若泛型类型没有指定具体类型，用Object作为原始类型；
• 若有限定类型< T exnteds XClass >，使用XClass作为原始类型；
• 若有多个限定< T exnteds XClass1 & XClass2 >，使用第一个边界类型XClass1作为原始类型；

6.类型通配符

通配符的意思是可以指代很多类型。这个主要使用在当我们在声明方法时，不确定该泛型实际类型的情况。

类型通配符有三种：

• <?> 任意类型
• <? extends 上限>
• <? super E>

下面对这三种通配符分别进行介绍：

<?> 任意类型

当泛型使用这种 类型通配符的时候，表示可以使用任意类型

代码示例：

/*
    类型通配符
 */

public class Demo4 {

    public static void main(String[] args) {
        // 语文老师使用时：
        StudentInfo<String> stu1 = new StudentInfo<String>("张三", "良好");

        // 数学老师使用时：
        StudentInfo<Double> stu2 = new StudentInfo<Double>("张三", 90.5);

        // 英语老师使用时：
        StudentInfo<Character> stu3 = new StudentInfo<Character>("张三", 'C');

        StudentInfo<?>[] arr = new StudentInfo[3]; //使用通配符
        arr[0] = stu1;
        arr[1] = stu2;
        arr[2] = stu3;

        StudentInfoPrint.print(arr); //打印输出结果
    }

}

//学生类是一个参数化的泛型类
class StudentInfo<T>{
    private String name;
    private T score;

    public StudentInfo() {
        super();
    }
    public StudentInfo(String name, T score) {
        super();
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "姓名：" + name + ", 成绩：" + score;
    }
}

//学生信息打印类
class StudentInfoPrint {
    //泛型方法，使用通配符
    public static void print(StudentInfo<?>[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
}

<? extends 上限>

? 代表接收E类型或者E的子类型的元素

代码示例

可参考上面的类型变量的上限代码

<? super E>

? 代表接收E类型或者E的父类型的元素

代码示例

可参考上面的类型变量的下限代码

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