泛型的使用及意义

一、什么是泛型

泛型,通俗地说将是将类的类型进行参数化,也称为“参数化类型”。原来我们在使用类的时候都是具体指定使用哪一个类,比如:

public class People{
}
public class House{
  private People people;
}

我们在上述的代码中,House类中使用的实例变量people是一个具体的类型People,如果我们不指定具体的类型,而是使用如T、E、K、V等形式的参数来指代,那么在真正使用的时候,将可以灵活地将需要的类当做参数来替代这些形式参数:

public class People{
}
public class House<T>{
  private T people;
}

如此形式便称为泛型。

二、为什么要使用泛型

使用参数最大的好处就是多态了,多态是Java面向对象编程的重要特性,关于它的详细讲解,可以看我们讲解的另一篇文章《面向对象三大特性的总结》

还是拿上面的例子来说,如果不使用泛型,那么我们也许要针对不同类型的对象声明好几个类:

public class House1{
  private People people;
}
public class House2{
  private Dog dog;
}
public class House3{
  private Cat cat;
}
  • 当我们有people对象,想使用House的时候,就只能使用如上的House1类;
  • 当我们有dog对象,想使用House的时候,就只能使用如上的House2类;
  • 当我们有cat对象,想使用House的时候,就只能使用如上的House3类;

这些House类仅仅是因为它们包含实例变量的类型不同而已,其它完全一样,显得非常冗余。所以,我们引入了泛型,不管遇到再多的不同种类对象,它们想使用House的时候,从此只要写一个House类了,世界变得更加清净而美好。

三、关于泛型的使用

3.1 泛型类

将泛型使用到类上是非常简单好理解的,我们平时使用的List<T>Map<K,V>等都是现成的例子,这里就直接看个例子吧。

public class Animal {
}
public class Cat extends Animal {
    private String name;
    public Cat(String name){
        this.name = name;
    }
}
public class Dog extends Animal {
    private String name;
    public Dog(String name){
        this.name = name;
    }
}
public class House<T> { 
    private T obj;  
    public House(T obj){
        this.obj = obj;
    }   
    public void printType(){
        System.out.println("the type is: " + obj.getClass().getName());
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat tom = new Cat("tom");
        House<Cat> tomHome = new House<Cat>(tom);
        tomHome.printType();// Cat
        
        Dog plutor = new Dog("plutor");
        House<Dog> plutorHome = new House<Dog>(plutor);
        plutorHome.printType();// Dog
        
        System.out.println(tomHome.getClass().getName());// House
        System.out.println(plutorHome.getClass().getName());// House
        System.out.println(tomHome.getClass().getName().equals(plutorHome.getClass().getName()));// true
    }
}

我们在如上的例子中,将House定义成了一个泛型类,其中的实例对象obj可以是任意类型的对象。

这里值得指出的是,不管泛型类被哪种类型的对象使用,泛型类本身在实际运行的时候都永远都是同一种类。比如House<Cat>House<Dog>是完全一样的类。但是在编译时,它们会被认为是不同的类,比如House<Cat> tomHome = new new House<Dog>(plutor)就会在编译时期就报错。

3.2 泛型方法

将泛型使用到方法上之后,那么这样的方法就被称为了泛型方法。

  • 普通使用

    public class Voice {
      public<E> void makeVoice(E obj){
          System.out.println(obj.getClass().getName());
      }
      public<E,T> void eat(E obj1, T obj2){
          System.out.println(obj1.getClass().getName());
          System.out.println(obj2.getClass().getName());
      }
    }
    
    public class Test {
      public static void main(String[] args) {
          Voice v = new Voice();
          Cat tom = new Cat("tom");
          Dog plutor = new Dog("plutor");
          v.makeVoice(tom);
          v.makeVoice(plutor);
          v.eat(tom, plutor);
        }
    }
    

    在如上的代码中,我们在一个普通的类中定义了两个泛型方法,它们之间仅仅是传入参数个数的不同而已。

  • 继承关系

    public class Voice {
      public<E,T extends E> void drink(E obj1, T obj2){
          System.out.println(obj1.getClass().getName());
          System.out.println(obj2.getClass().getName());
      }
    }
    
    public class Test {
      public static void main(String[] args) {
          Voice v = new Voice();
          Cat tom = new Cat("tom");
          Dog plutor = new Dog("plutor");
          //v.drink(tom, plutor);
          Animal god = new Animal();
          v.drink(god, plutor);
        }
    }
    

    这个例子中,我们限制了泛型方法两个参数对象之间的关系,即第二个参数对象必须是第一个参数对象的子类对象,因此,在实际使用中,v.drink(tom, plutor);就会出现编译错误,因为plutor不是tom的子类对象。

    而我们如果使用父类对象god的话就完全没有问题了。

  • 通配符

    使用通配符通常也是为了实现方法级别的多态,谁也不想仅仅是因为参数类别的不同而写几个很冗余的方法。

    public class Test {
      public static void main(String[] args) {
            Cat tom = new Cat("tom");
          House<Cat> tomHome = new House<Cat>(tom);
          Dog plutor = new Dog("plutor");
          House<Dog> plutorHome = new House<Dog>(plutor);
          sleep(tomHome);
          //sleep(plutorHome);
          //sleep2(tomHome);
          sleep2(plutorHome);
        }
          public static void sleep(House<Cat> cat){
          System.out.println(cat.getClass().getName());
      }
      public static void sleep2(House<Dog> dog){
          System.out.println(dog.getClass().getName());
      }   
    }
    

    可以看到,我们在上面的代码中没有使用泛型,那么仅仅是因为sleep函数中参数对象House<Cat> catHouse<Dog> dog是不同的编译类型,所以就不得不单独写适合各自类型的方法。

    如果我们使用泛型的话,那就会变得很简单:

    public class Test {
      public static void main(String[] args) {
          Cat tom = new Cat("tom");
          House<Cat> tomHome = new House<Cat>(tom);
          Dog plutor = new Dog("plutor");
          House<Dog> plutorHome = new House<Dog>(plutor);
          sleep3(tomHome);
          sleep3(plutorHome);
      }
      public static void sleep3(House<?> obj){
          System.out.println(obj.getClass().getName());
      }
    }
    

    代码中新的sleep3方法,不管参数类型是啥,都做了通配处理,尽管来就是了。

    当然了,你也可以对需要通配的参数对象进行限制:

    public class Bird{
      private String name;
      public Bird(String name){
        this.name = name;
      }
    }
    public class Test {
      public static void main(String[] args) {
          Cat tom = new Cat("tom");
          House<Cat> tomHome = new House<Cat>(tom);
          Dog plutor = new Dog("plutor");
          House<Dog> plutorHome = new House<Dog>(plutor);
          sleep4(tomHome);
          sleep4(plutorHome);
            Bird kitty = new Bird("kitty");
            House<Bird> kittyHome = new House<Bird>(kitty);
            //sleep4(kittyHome);
      }
      public static void sleep4(House<? extends Animal> obj){
          System.out.println(obj.getClass().getName());
      }
    }
    

    这里限制了使用泛型方法sleep4的参数对象House的实例对象必须是Animal类的子类,因此没有继承AnimalBird当然不在被允许使用范围之内了。
    值得注意的是,只有在泛型方法的参数中才可以使用通配符,因为此处有具体的参数对象obj可在下面使用,而在泛型类和泛型方法的声明中是无法使用通配符的,因为后面定义参数类型的时候需要使用该泛型的声明。

四、总结

在实际的编程过程中,我们可以使用泛型去简化开发,且能很好的保证代码质量。

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