泛型

写在之前

以下是《Java8编程入门官方教程》中的一些知识,如有错误,烦请指正。涉及的程序如需下载请移步http://down1.tupwk.com.cn/qhwkdownpage/978-7-302-38738-1.zip

泛型

泛型的核心概念就是参数化模型。参数化模型使程序员能创建将要操作的数据类型作为形参的类、接口、和方法。操作类型形参的类、接口和方法就称为泛型。

//简单的泛型类型参数,当建立Gen对象时,T会被实参取代

//建立一个泛型类,T是泛型类型形参
class Gen<T> { 
  T ob; // declare an object of type T 
   
  // Pass the constructor a reference to  
  // an object of type T. 
  Gen(T o) { 
    ob = o; 
  } 
 
  // Return ob. 
  T getob() { 
    return ob; 
  } 
 
  // Show type of T. 
  void showType() { 
    System.out.println("Type of T is " + 
                       ob.getClass().getName()); 
  } 
} 
 
// Demonstrate the generic class. 
class GenDemo { 
  public static void main(String args[]) { 
    //创建Gen<Integers>的引用.  
    Gen<Integer> iOb;  
 
    // Create a Gen<Integer> object and assign its 
    // reference to iOb.  Notice the use of autoboxing  
    // to encapsulate the value 88 within an Integer object. 
    iOb = new Gen<Integer>(88); ////实例化Gen<Integers>的
 
    // Show the type of data used by iOb. 
    iOb.showType(); 
 
    // Get the value in iOb. Notice that 
    // no cast is needed. 
    int v = iOb.getob(); 
    System.out.println("value: " + v); 
 
    System.out.println(); 
 
    // Create a Gen object for Strings. 
    Gen<String> strOb = new Gen<String>("Generics Test"); 
 
    // Show the type of data used by strOb. 
    strOb.showType(); 
 
    // Get the value of strOb. Again, notice 
    // that no cast is needed. 
    String str = strOb.getob(); 
    System.out.println("value: " + str); 
  } 
}

泛型只能用于引用类型,当声明泛型类型的实例时,传递给类型形参的类型实参必须是类类型。不能使用基本类型。

Gen<int> intOb = new Gen<int>(88);//错误演示

但是可以使用类型封装器来封装基本类型。

在来看一个带有两个类型形参的泛型类。

class TwoGen<T, V> { 
  T ob1; 
  V ob2; 
   
  // Pass the constructor a reference to  
  // an object of type T. 
  TwoGen(T o1, V o2) { 
    ob1 = o1; 
    ob2 = o2; 
  } 
 
  // Show types of T and V. 
  void showTypes() { 
    System.out.println("Type of T is " + 
                       ob1.getClass().getName()); 
 
    System.out.println("Type of V is " + 
                       ob2.getClass().getName()); 
  } 
 
  T getob1() { 
    return ob1; 
  } 
 
  V getob2() { 
    return ob2; 
  } 
} 
 
// Demonstrate TwoGen. 
class SimpGen { 
  public static void main(String args[]) { 
 
    TwoGen<Integer, String> tgObj = 
      new TwoGen<Integer, String>(88, "Generics"); 
 
    // Show the types. 
    tgObj.showTypes(); 
 
    // Obtain and show values. 
    int v = tgObj.getob1(); 
    System.out.println("value: " + v); 
 
    String str = tgObj.getob2(); 
    System.out.println("value: " + str); 
  } 
}

约束类型

指定类型形参时,可以创建一个上层约束来声明一个超类,所有类型实参必须继承该超类。

class NumericFns<T extends Number> {  //类型实参必须是Number或者Number的子类
  T num; 
    
  // Pass the constructor a reference to   
  // a numeric object. 
  NumericFns(T n) {  
    num = n; 
  }  
  
  // Return the reciprocal. 
  double reciprocal() { 
    return 1 / num.doubleValue(); 
  } 
 
  // Return the fractional component. 
  double fraction() { 
    return num.doubleValue() - num.intValue(); 
  } 
 
  // ... 
}  
  
// Demonstrate NumericFns.  
class BoundsDemo {  
  public static void main(String args[]) {  
 
    NumericFns<Integer> iOb = 
                      new NumericFns<Integer>(5);   
 
    System.out.println("Reciprocal of iOb is " + 
                        iOb.reciprocal()); 
    System.out.println("Fractional component of iOb is " + 
                        iOb.fraction()); 
 
    System.out.println(); 
 
    NumericFns<Double> dOb = 
                      new NumericFns<Double>(5.25);   
 
    System.out.println("Reciprocal of dOb is " + 
                        dOb.reciprocal()); 
    System.out.println("Fractional component of dOb is " + 
                        dOb.fraction()); 
 
 
    // This won't compile because String is not a 
    // subclass of Number. 
//    NumericFns<String> strOb = new NumericFns<String>("Error");   
  }  
}

通配符实参

NumericFns<?>表示匹配任何类型的NumericFns对象,从而允许任意两个NumericFns对象比较其绝对值。

class NumericFns<T extends Number> {  
  T num; 
    
  // Pass the constructor a reference to   
  // a numeric object. 
  NumericFns(T n) {  
    num = n; 
  }  
  
  // Return the reciprocal. 
  double reciprocal() { 
    return 1 / num.doubleValue(); 
  } 
 
  // Return the fractional component. 
  double fraction() { 
    return num.doubleValue() - num.intValue(); 
  } 
 
  // Determine if the absolute values of two 
  // objects are the same. 
  boolean absEqual(NumericFns<?> ob) { 
    if(Math.abs(num.doubleValue()) == 
         Math.abs(ob.num.doubleValue())) return true; 
 
    return false; 
  } 
 
  // ... 
}  
  
// Demonstrate a wildcard. 
class WildcardDemo {  
  public static void main(String args[]) {  
 
    NumericFns<Integer> iOb = 
                      new NumericFns<Integer>(6);   
 
    NumericFns<Double> dOb = 
                      new NumericFns<Double>(-6.0); 
 
    NumericFns<Long> lOb =  
                      new NumericFns<Long>(5L); 
  
    System.out.println("Testing iOb and dOb."); 
    if(iOb.absEqual(dOb)) 
      System.out.println("Absolute values are equal."); 
    else 
      System.out.println("Absolute values differ."); 
 
    System.out.println(); 
 
    System.out.println("Testing iOb and lOb."); 
    if(iOb.absEqual(lOb)) 
      System.out.println("Absolute values are equal."); 
    else 
      System.out.println("Absolute values differ."); 
  
  }  
}

约束通配符

通配符实参可以像类型实参一样被约束。

class UseBoundedWildcard { 
  // Here, the ? will match A or any class type that 
  // that extends A 
  static void test(Gen<? extends A> o) { //使用通配符
    // ... 
  }
  public static void main(String args[]) { 
    A a = new A(); 
    B b = new B(); 
    C c = new C(); 
    D d = new D(); 
 
    Gen<A> w = new Gen<A>(a); 
    Gen<B> w2 = new Gen<B>(b); 
    Gen<C> w3 = new Gen<C>(c); 
    Gen<D> w4 = new Gen<D>(d); 
 
    // These calls to test() are OK. 
    test(w); 
    test(w2); 
    test(w3); 
 
    // Can't call test() with w4 because 
    // it is not an object of a class that 
    // inherits A. 
//    test(w4); // Error! 
  } 
}

泛型方法

可以创建不属于泛型类的泛型方法。

class GenericMethodDemo {  
 
  // Determine if the contents of two arrays are same. 
  static <T extends Comparable<T>, V extends T> boolean arraysEqual(T[] x, V[] y) { //泛型方法
    // If array lengths differ, then the arrays differ. 
    if(x.length != y.length) return false; 
 
    for(int i=0; i < x.length; i++) 
      if(!x[i].equals(y[i])) return false; // arrays differ 
  
    return true; // contents of arrays are equivalent 
  } 
 
  public static void main(String args[]) {  
 
    Integer nums[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 
    Integer nums2[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 
    Integer nums3[] = { 1, 2, 7, 4, 5 }; 
    Integer nums4[] = { 1, 2, 7, 4, 5, 6 }; 
 
    if(arraysEqual(nums, nums)) 
      System.out.println("nums equals nums"); 
 
    if(arraysEqual(nums, nums2)) 
      System.out.println("nums equals nums2"); 
 
    if(arraysEqual(nums, nums3)) 
      System.out.println("nums equals nums3"); 
 
    if(arraysEqual(nums, nums4)) 
      System.out.println("nums equals nums4"); 
 
    // Create an array of Doubles 
    Double dvals[] = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 }; 
 
    // This won't compile because nums and dvals 
    // are not of the same type. 
//    if(arraysEqual(nums, dvals)) 
//      System.out.println("nums equals dvals"); 
  }  
}

泛型构造函数

即使其类不是泛型的,构造函数也可以是泛型的。

class Summation { 
  private int sum; 
 
  <T extends Number> Summation(T arg) { //
    sum = 0; 
 
    for(int i=0; i <= arg.intValue(); i++) 
      sum += i; 
  } 
 
  int getSum() { 
    return sum; 
  } 
} 
 
class GenConsDemo { 
  public static void main(String args[]) { 
    Summation ob = new Summation(4.0); 
 
    System.out.println("Summation of 4.0 is " + 
                       ob.getSum()); 
  } 
}

泛型接口

interface Containment<T> { 
  // The contains() method tests if a 
  // specific item is contained within 
  // an object that implements Containment. 
  boolean contains(T o); 
}  
  
// Implement Containment using an array to  
// hold the values. 
class MyClass<T> implements Containment<T> {  
  T[] arrayRef; 
 
  MyClass(T[] o) { 
    arrayRef = o; 
  } 
 
  // Implement Contains. 
  public boolean contains(T o) { 
    for(T x : arrayRef) 
      if(x.equals(o)) return true; 
    return false; 
  }     
}  
  
class GenIFDemo {  
  public static void main(String args[]) {  
    Integer x[] = { 1, 2, 3 }; 
 
    MyClass<Integer> ob = new MyClass<Integer>(x); 
 
    if(ob.contains(2)) 
      System.out.println("2 is in ob"); 
    else 
      System.out.println("2 is NOT in ob"); 
 
    if(ob.contains(5)) 
      System.out.println("5 is in ob"); 
    else 
      System.out.println("5 is NOT in ob"); 
 
    // The follow is illegal because ob 
    // is an Integer Containment and 9.25 is 
    // a Double value. 
//    if(ob.contains(9.25)) // Illegal! 
//      System.out.println("9.25 is in ob"); 
 
  } 
}

如果一个类实现泛型接口的特定类型,实现接口的类不需要是泛型的。如下:

class MyClass implements Containments<Double>{//....}

泛型接口指定的类型形参可以被约束

interface Containment<T extends Number> 

此时,实现该接口的类需要传递一个相同约束的类型实参。

class MyClass<T entends Number> implements Containment<T> //一旦接口建立了约束,不需要再implements子句中再次指定

来看一个综合应用

// A generic queue interface. 
public interface IGenQ<T> {      
  // Put an item into the queue.      
  void put(T ch) throws QueueFullException;   
   
  // Get an item from the queue.     
  T get() throws QueueEmptyException;   
}

// An exception for queue-full errors.  
public class QueueFullException extends Exception {  
  int size;  
  
  QueueFullException(int s) { size = s; }  
  
  public String toString() {  
   return "\nQueue is full. Maximum size is " +  
          size;  
  }  
}  

public class QueueEmptyException extends Exception {  
  
  public String toString() {  
   return "\nQueue is empty.";  
  }  
}

class GenQueue<T> implements IGenQ<T> {      
  private T q[]; // this array holds the queue      
  private int putloc, getloc; // the put and get indices      
      
  // Construct an empty queue with the given array.     
  public GenQueue(T[] aRef) {   
    q = aRef;  
    putloc = getloc = 0;      
  }      
     
  // Put an item into the queue.      
  public void put(T obj)  
    throws QueueFullException {      
  
    if(putloc==q.length)   
      throw new QueueFullException(q.length);  
          
    q[putloc++] = obj;      
  }      
      
  // Get a character from the queue.     
  public T get()  
    throws QueueEmptyException {      
  
    if(getloc == putloc)   
      throw new QueueEmptyException();  
        
    return q[getloc++];      
  }      
}

class GenQDemo {      
  public static void main(String args[]) { 
    // Create in integer queue. 
    Integer iStore[] = new Integer[10]; 
    GenQueue<Integer> q = new GenQueue<Integer>(iStore); 
 
    Integer iVal; 
 
    System.out.println("Demonstrate a queue of Integers."); 
    try {   
      for(int i=0; i < 5; i++) {  
        System.out.println("Adding " + i + " to q."); 
        q.put(i); // add integer value to q 
 
      }  
    }  
    catch (QueueFullException exc) {  
      System.out.println(exc);  
    }  
    System.out.println();  
     
    try {  
      for(int i=0; i < 5; i++) {       
        System.out.print("Getting next Integer from q: ");  
        iVal = q.get();      
        System.out.println(iVal);      
      }  
    }  
    catch (QueueEmptyException exc) {  
      System.out.println(exc);  
    }   
 
    System.out.println();  
 
    // Create a Double queue. 
    Double dStore[] = new Double[10]; 
    GenQueue<Double> q2 = new GenQueue<Double>(dStore); 
 
    Double dVal;      
 
    System.out.println("Demonstrate a queue of Doubles."); 
    try {   
      for(int i=0; i < 5; i++) {  
        System.out.println("Adding " + (double)i/2 + 
                           " to q2."); 
        q2.put((double)i/2); // add double value to q2 
      }  
    }  
    catch (QueueFullException exc) {  
      System.out.println(exc);  
    }  
    System.out.println();  
     
    try {  
      for(int i=0; i < 5; i++) {       
        System.out.print("Getting next Double from q2: "); 
        dVal = q2.get();      
        System.out.println(dVal);      
      }  
    }  
    catch (QueueEmptyException exc) {  
      System.out.println(exc);  
    }   
  }  
}

原类型

为了处理向泛型过渡的问题,Java允许不带任何类型实参使用泛型类。这样做将创建一个原类型的类,原类型与不识别泛型的代码兼容。使用原类型的缺点是丧失了泛型的类型安全性。

// Demonstrate a raw type. 
class Gen<T> {  
  T ob; // declare an object of type T  
    
  // Pass the constructor a reference to   
  // an object of type T.  
  Gen(T o) {  
    ob = o;  
  }  
  
  // Return ob.  
  T getob() {  
    return ob;  
  }  
}  
  
// Demonstrate raw type. 
class RawDemo {  
  public static void main(String args[]) {  
 
    // Create a Gen object for Integers. 
    Gen<Integer> iOb = new Gen<Integer>(88);  
   
    // Create a Gen object for Strings. 
    Gen<String> strOb = new Gen<String>("Generics Test");  
  
    // Create a raw-type Gen object and give it 
    // a Double value. 
    Gen raw = new Gen(new Double(98.6)); //不提供类型实参时,创建原类型
 
    // Cast here is necessary because type is unknown. 
    double d = (Double) raw.getob(); 
    System.out.println("value: " + d); 
 
    // The use of a raw type can lead to run-time. 
    // exceptions.  Here are some examples. 
 
    // The following cast causes a run-time error! 
//    int i = (Integer) raw.getob(); // run-time error 
 
    // This assigment overrides type safety. 
    strOb = raw; // OK, but potentially wrong 
//    String str = strOb.getob(); // run-time error  
     
    // This assingment also overrides type safety. 
    raw = iOb; // OK, but potentially wrong 
//    d = (Double) raw.getob(); // run-time error 
  }  
}

类型推断

JDK7之后引入了类型推断。

TwoGen<Integer, String> tgObj = new TwoGen<Integer, String>(88, "Generics"); //完整形式
TwoGen<Integer, String> tgObj = new TwoGen<>(88, "Generics"); 

歧义

重载的时候类型的不同可能会不成立。这个时候就会引起歧义。

泛型限制

  • 不能创建类型形参的实例
class Gen<T> {  
  T ob;  
  Gen() {  
    ob = new T(); // Illegal!!! 
  }  
} 
  • 静态成员不能使用包含类声明的类型形参
class Wrong<T> {  
  // Wrong, no static variables of type T. 
  static T ob; 
    
  // Wrong, no static method can use T. 
  static T getob() { 
    return ob; 
  } 
 
  // Wrong, no static method can access object 
  // of type T. 
  static void showob() { 
    System.out.println(ob); 
 } 
}
  • 泛型数组限制

不能实例化基类型为类型形参的数组;不能创建特定类型泛型引用的数组

class Gen<T extends Number> {  
  T ob;  
 
  T vals[]; // OK 
 
  Gen(T o, T[] nums) {  
    ob = o; 
 
    // This statement is illegal. 
//  vals = new T[10]; // can't create an array of T 
 
    // But, this statement is OK. 
    vals = nums; // OK to assign reference to existent array 
  }  
}  
  • 泛型异常限制

    不能扩展Throwable,不能创建泛型异常类。

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