Java泛型詳解,通俗易懂只需5分鐘

程序員小皮 發佈 2020-01-15T11:11:08+00:00

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據類型,什麼樣的數據類型賦給什麼樣的值。假如我們現在要定義一個類來表示坐標,要求坐標的數據類型可以是整數、小數和字符串,例如:x = 10、y = 10x = 12.88、y = 129.

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據類型,什麼樣的數據類型賦給什麼樣的值。


假如我們現在要定義一個類來表示坐標,要求坐標的數據類型可以是整數、小數和字符串,例如:

  • x = 10、y = 10
  • x = 12.88、y = 129.65
  • x = "東京180度"、y = "北緯210度"


針對不同的數據類型,除了藉助方法重載,還可以藉助自動裝箱和向上轉型。我們知道,基本數據類型可以自動裝箱,被轉換成對應的包裝類;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據。請看下面的代碼:

上面的代碼中,生成坐標時不會有任何問題,但是取出坐標時,要向下轉型,在 Java多態對象的類型轉換 一文中我們講到,向下轉型存在著風險,而且編譯期間不容易發現,只有在運行期間才會拋出異常,所以要儘量避免使用向下轉型。運行上面的代碼,第12行會拋出 java.lang.ClassCastException 異常。
那麼,有沒有更好的辦法,既可以不使用重載(有重複代碼),又能把風險降到最低呢?
有,可以使用泛型類(Java Class),它可以接受任意類型的數據。所謂「泛型」,就是「寬泛的數據類型」,任意的數據類型。
更改上面的代碼,使用泛型類:

運行結果:
This point is:10, 20

This point is:25.4, 東京180度
與普通類的定義相比,上面的代碼在類名後面多出了 <T1, T2>,T1, T2 是自定義的標識符,也是參數,用來傳遞數據的類型,而不是數據的值,我們稱之為類型參數。在泛型中,不但數據的值可以通過參數傳遞,數據的類型也可以通過參數傳遞。T1, T2 只是數據類型的占位符,運行時會被替換為真正的數據類型。
傳值參數(我們通常所說的參數)由小括號包圍,如 (int x, double y),類型參數(泛型參數)由尖括號包圍,多個參數由逗號分隔,如 <T> 或 <T, E>。

類型參數需要在類名後面給出。一旦給出了類型參數,就可以在類中使用了。類型參數必須是一個合法的標識符,習慣上使用單個大寫字母,通常情況下,K 表示鍵,V 表示值,E 表示異常或錯誤,T 表示一般意義上的數據類型。
泛型類在實例化時必須指出具體的類型,也就是向類型參數傳值,格式為:

className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等號右邊的數據類型,但是會產生警告,即:
className variable<dataType1, dataType2> = new className();
因為在使用泛型類時指明了數據類型,賦給其他類型的值會拋出異常,既不需要向下轉型,也沒有潛在的風險,比本文一開始介紹的自動裝箱和向上轉型要更加實用。
注意:

  • 泛型是 Java 1.5 的新增特性,它以C++模板為參照,本質是參數化類型(Parameterized Type)的應用。
  • 類型參數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,定義一個列印坐標的泛型方法:

運行結果:
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,也有類型參數,類型參數需要放在修飾符後面、返回值類型前面。一旦定義了類型參數,就可以在參數列表、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類型,編譯器會根據傳遞的參數自動查找出具體的類型。泛型方法除了定義不同,調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繫,泛型方法有自己的類型參數,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 T1, T2 與泛型類 Point 中的 T1, T2 沒有必然的聯繫,也可以使用其他的標識符代替:

泛型接口

在Java中也可以定義泛型接口,這裡不再贅述,僅僅給出示例代碼:

運行結果:
Length Of String: 18

類型擦除

如果在使用泛型時沒有指明數據類型,那麼就會擦除泛型類型,請看下面的代碼:


運行結果:
This point is:10, 20.8
因為在使用泛型時沒有指明數據類型,為了不出現錯誤,編譯器會將所有數據向上轉型為 Object,所以在取出坐標使用時要向下轉型,這與本文一開始不使用泛型沒什麼兩樣。

限制泛型的可用類型

在上面的代碼中,類型參數可以接受任意的數據類型,只要它是被定義過的。但是,很多時候我們只需要一部分數據類型就夠了,用戶傳遞其他數據類型可能會引起錯誤。例如,編寫一個泛型函數用於返回不同類型數組(Integer 數組、Double 數組、Character 數組等)中的最大值:

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 T,讓它只能接受 Number 及其子類(Integer、Double、Character 等)。
通過 extends 關鍵字可以限制泛型的類型,改進上面的代碼:

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子類,傳入其他類型的數據會報錯。這裡的限定使用關鍵字 extends,後面可以是類也可以是接口。但這裡的 extends 已經不是繼承的含義了,應該理解為 T 是繼承自 Number 類的類型,或者 T 是實現了 XX 接口的類型。
注意:一般的應用開發中泛型使用較少,多用在框架或者庫的設計中,這裡不再深入講解,主要讓大家對泛型有所認識,為後面的教程做鋪墊。


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