Java 泛型示例 - 泛型方法，類，接口

Java Genrics 是 Java 5 中引入的最重要的功能之一。

如果您一直在使用Java Collections并使用版本 5 或更高版本，那么我確定您已經使用過它。

Java 中具有集合類的泛型非常容易，但是它提供了比僅創建集合類型更多的功能。

我們將在本文中嘗試學習泛型的功能。如果我們使用專業術語，對泛型的理解有時會變得混亂，因此，我將盡量保持其簡單易懂。

1. Java 中的泛型

Java 5 中添加了泛型，以提供編譯時類型檢查，并消除了ClassCastException使用集合類時常見的風險。整個收集框架都進行了重寫，以使用泛型進行類型安全。讓我們看看泛型如何幫助我們安全地使用集合類。

List list = new ArrayList();
list.add("abc");
list.add(new Integer(5)); 

for(Object obj : list){

    String str=(String) obj; 
}

上面的代碼可以很好地編譯，但是在運行時會引發ClassCastException，因為我們試圖將列表中的對象強制轉換為String，而其中一個元素是Integer類型。在Java 5之后，我們使用如下收集類。

List<String> list1 = new ArrayList<String>(); // java 7 ? List<String> list1 = new ArrayList<>();
list1.add("abc");
//list1.add(new Integer(5)); //編譯錯誤

for(String str : list1){
     //no type casting needed, avoids ClassCastException
}

請注意，在創建列表時，我們已指定列表中元素的類型為String。因此，如果我們嘗試在列表中添加任何其他類型的對象，則該程序將引發編譯時錯誤。還要注意，在循環中中，我們不需要列表中元素的類型轉換，因此在運行時刪除了ClassCastException。

2. Java通用類

我們可以使用泛型類型定義自己的類。泛型類型是通過類型進行參數化的類或接口。我們使用尖括號（<>）來指定類型參數。

為了了解其好處，我們假設有一個簡單的類：

package com.journaldev.generics;
public class GenericsTypeOld {
    private Object t;
    public Object get() {
        return t;
    }
    public void set(Object t) {
        this.t = t;
    }
        public static void main(String args[]){
        GenericsTypeOld type = new GenericsTypeOld();
        type.set("Pankaj");
         String str = (String) type.get(); //type casting, error prone and can cause ClassCastException
    }
}

請注意，在使用此類時，我們必須使用類型轉換，并且它可以在運行時產生ClassCastException。現在，我們將使用Java通用類替換如下所示的相同類。

package com.journaldev.generics;
public class GenericsType<T> {
    private T t;
    public T get(){
        return this.t;
    }
    public void set(T t1){
        this.t=t1;
    }
    public static void main(String args[]){
        GenericsType<String> type = new GenericsType<>();
        type.set("Pankaj"); //valid
        GenericsType type1 = new GenericsType(); //raw type
        type1.set("Pankaj"); //valid
        type1.set(10); //valid and autoboxing support
    }
}

注意main方法中GenericsType類的使用。我們不需要進行類型轉換，并且可以在運行時刪除ClassCastException。如果我們在創建時未提供類型，則編譯器將發出警告，“ GenericsType是原始類型。

泛型類型GenericsType 的引用應參數化”。當我們不提供類型時，該類型就變成了類型Object，因此它允許String和Integer對象。但是，我們應始終嘗試避免這種情況，因為在處理可能產生運行時錯誤的原始類型時，我們必須使用類型轉換。

還要注意，它支持Java自動裝箱。

3. Java通用接口

Comparable接口是接口中泛型的一個很好的例子，它寫為：

package java.lang;
import java.util.*;

public interface Comparable<T> {
    public int compareTo(T o);
}

以類似的方式，我們可以在Java中創建通用接口。我們也可以像Map界面具有多個類型參數。同樣，我們也可以為參數化類型提供參數化值，例如new HashMap<String, List<String>>();有效。

4. Java通用類型

Java通用類型命名約定可以幫助我們輕松理解代碼，并且具有命名約定是Java編程語言的最佳實踐之一。因此，泛型也帶有自己的命名約定。通常，類型參數名稱是單個大寫字母，以可以實現與Java變量區分開。最常用的類型參數名稱為：

• E –元素由Java Collections Framework廣泛使用，例如ArrayList，Set等
• K –鍵（在Map中使用）
• N –數字
• T –類型
• V –值（在Map中使用）
• S，U，V等–第二，第三，第四類型

5. Java通用方法

有時我們不希望整個類都被參數化，在這種情況下，我們可以創建java泛型方法。由于構造函數是一種特殊的方法，因此我們也可以在構造函數中使用泛型類型。

這是一個顯示Java泛型方法示例的類。

package com.journaldev.generics;
public class GenericsMethods {
    //Java Generic Method
    public static <T> boolean isEqual(GenericsType<T> g1, GenericsType<T> g2){
        return g1.get().equals(g2.get());
    }
    public static void main(String args[]){
        GenericsType<String> g1 = newGenericsType<>();
        g1.set("Pankaj");
        GenericsType<String> g2 = new GenericsType<>();
        g2.set("Pankaj");
        boolean isEqual = GenericsMethods.<String>isEqual(g1, g2);
        //above statement can be written simply as
        isEqual = GenericsMethods.isEqual(g1, g2);
        //This feature, known as type inference, allows you to invoke a generic method as an ordinary method, without specifying a type between angle brackets.
        //Compiler will infer the type that is needed
    }
}

注意的isEqual方法簽名顯示了在方法中使用泛型類型的語法。另外，請注意如何在我們的Java的程序中使用這些方法。我們可以在調用這些方法時指定類型，也可以像普通方法一樣調用它們。Java編譯器足夠聰明，可以確定要使用的變量的類型，這種功能稱為類型變量。

6. Java泛型綁定類型參數

假設我們要限制可以在參數化類型中使用的對象的類型，例如在比較兩個對象的方法中，并且我們要確保接受的對象是可比較的。要聲明一個有界的類型參數，請列出類型參數的名稱，然后列出擴展關鍵字，再加上其上限，以下下面的方法。

public static <T extends Comparable<T>> int compare(T t1, T t2){
        return t1.compareTo(t2);
}

這些方法的調用與***方法類似，不同之處在于，如果我們嘗試使用任何非Comparable的類，則引發編譯時錯誤。

綁定類型參數可以與方法以及類和接口一起使用。

Java泛型也支持多個范圍，即。在這種情況下，A可以是接口或類。如果A是類，則B和C應該是接口。在多個范圍內，我們不能有多個類。

7. Java泛型和繼承

我們知道，如果A是B的子類，則Java繼承允許我們將變量A分配給另一個變量B。因此，我們可能認為可以將A的任何泛型類型分配給B的泛型類型，但事實并非如此。讓我們用一個簡單的程序看看。

package com.journaldev.generics;
public class GenericsInheritance {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "abc";
        Object obj = new Object();
        obj=str; // works because String is-a Object, inheritance in java
        MyClass<String> myClass1 = new MyClass<String>();
        MyClass<Object> myClass2 = new MyClass<Object>();
        //myClass2=myClass1; // compilation error since MyClass<String> is not a MyClass<Object>
        obj = myClass1; // MyClass<T> parent is Object
    }
    public static class MyClass<T>{}
}

我們永久將MyClass 變量分配給MyClass 變量，因為它們不相關，實際上MyClass 的父對象是Object。

8. Java通用類和子類型

我們可以通過擴展或實現來泛型一個通用類或接口。一個類或接口的類型參數與另一類或接口的類型參數之間的關系由extend和實現子句確定。

例如，ArrayList 實現了擴展Collection 的List ，因此ArrayList 是List 的子類型，而List 是Collection 的子類型。

只要不更改type參數，子類型關系就會保留，下面顯示了多個type參數的示例。

interface MyList<E,T> extends List<E>{
}

List 的子類型可以是MyList ，MyList 等。

9. Java通用通配符

問號（？）是泛型中的通配符，表示未知類型。通配符可以用作參數，字段或局部變量的類型，有時還可以用作返回類型。在調用通用方法或實例化通用類時，不能使用通配符。在以下各節中，我們將學習上界通配符，下界通配符和通配符捕獲。

9.1）Java泛型上界通配符

上限通配符用于在方法中放寬對變量類型的限制。假設我們要編寫一個將返回列表中數字總和的方法，那么我們的實現將是這樣的。

現在，上述實現的問題在于它不適用于Integers或Doubles，因為我們知道List 和List 不相關，這在使用高層通配符時很有用。我們將通用通配符與extends關鍵字和上級類或接口一起使用，這將允許我們傳遞上級子類類型的參數。

public static double sum(List<Number> list){
    double sum = 0;
    for(Number n : list){
        sum += n.doubleValue();
    }
    return sum;
}

可以像下面的程序一樣修改上面的實現。

package com.journaldev.generics;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class GenericsWildcards {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> ints = new ArrayList<>();
        ints.add(3); ints.add(5); ints.add(10);
        double sum = sum(ints);
        System.out.println("Sum of ints="+sum);
    }
    public static double sum(List<? extends Number> list){
        double sum = 0;
        for(Number n : list){
            sum += n.doubleValue();
        }
        return sum;
    }
}

就像按照接口編寫代碼一樣，在上述方法中，我們可以使用上限類號碼的所有方法。請注意，對于上界列表，除空之外，我們不允許將任何對象添加到列表中。如果我們嘗試在sum方法內將元素添加到列表中，則該程序將無法編譯。

9.2）Java泛型無限制通配符

有時，我們希望通用方法適用于所有類型，在這種情況下，可以使用***通配符。與使用<？extends Object>。

public static void printData(List<?> list){
    for(Object obj : list){
        System.out.print(obj + "::");
    }
}

我們可以為PrintData方法提供List 或List 或任何其他類型的Object列表參數。與上限列表類似，我們可以在列表中添加任何內容。

9.3）Java泛型下界通配符

假設我們要在方法中將整體添加到整數列表中，我們可以將參數類型保持為List，但可以與Integers捆綁在一起，而List 和List 也可以容納整數，因此我們可以使用下限通配符來實現。我們使用超級關鍵字和下限類的泛型通配符（？）來實現此目的。

我們可以傳遞下界或下界的任何超類型作為參數，在這種情況下，java編譯器允許將下界對象類型添加到列表中。

public static void addIntegers(List<? super Integer> list){
    list.add(new Intege(50));
}

10.使用泛型通配符進行子類型化

List<? extends Integer> intList = new ArrayList<>();
List<? extends Number>  numList = intList;  // OK. List<? extends Integer> is a subtype of List<? extends Number>

11. Java泛型類型重構

添加了Java泛型以在編譯時提供類型檢查，并且在運行時沒有使用，因此Java編譯器使用類型更改功能刪除字節碼中的所有泛型類型檢查代碼，并在必要時插入類型轉換。類型定義可確保不會為參數化類型創建新的類；因此，泛型不會產生運行時浪費。

例如，如果我們有如下通用類；

public class Test<T extends Comparable<T>> {
    private T data;
    private Test<T> next;
    public Test(T d, Test<T> n) {
        this.data = d;
        this.next = n;
    }
    public T getData() { return this.data; }
}

Java編譯器用第一個綁定接口Comparable替換有界類型參數T，如下代碼：

public class Test {
    private Comparable data;
    private Test next;
    public Node(Comparable d, Test n) {
        this.data = d;
        this.next = n;
    }
    public Comparable getData() { return data; }
}

12.泛型常見問題解答

12.1）為什么我們在Java中使用泛型？

泛型提供了強大的編譯時類型檢查，并降低了ClassCastException和顯式對象轉換的風險。

12.2）泛型中的T是什么？

我們使用創建通用類，接口和方法。我們在使用T時將其替換為實際類型。

12.3）泛型如何在Java中工作？

通用代碼可確保類型安全。編譯器使用類型預先在編譯時刪除所有類型參數，以減少運行時的重載。

13. Java泛型–進一步閱讀

• 泛型不支持子類型，因此List numbers = new ArrayList();將不進行編譯
• 我們無法創建通用副本，因此List[] array = new ArrayList[10]無法編譯

這是所有的Java泛型，Java泛型是非常龐大的，需要大量的時間來了解和有效地使用它。本文提供了泛型的基本細節，以及如何使用泛型來擴展程序的類型安全性。