Java 泛型(Generics) 综述示例代码详解

一. 引子

• 一般的类和方法，只能使用具体类型：要么是基本类型，要么是自定义类型。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。

• 多态算是一种泛化机制，但对代码的约束还是太强（要么继承父类，要么实现接口）。

• 有许多原因促成了泛型的出现，而最引人注目的一个原因，就是为了创造容器类。（泛型的主要目的之一就是用来指定容器要持有什么类型的对象，而且由编译器来保证类型的正确性）

例如，在 Java 实现加入泛型前，ArrayList 只维护一个 Object 类型的数组：

public class ArrayList{
   private Object[] elementData;
   ...   public Object get(int i){ ... }   public void add(Object o){ ... }
   ...
}

显然，这样的实现存在两个问题：
　　

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• 当获取一个值时，必须进行强制类型转换：

ArrayList list = new ArrayList();
...
String str = (String)list.get(0);

• 该 ArrayList 没有错误检查，即可以向数组中添加任何类型的对象：

list.add(new Integer(1));

　　向上述的动态数组中添加一个整形对象，程序在编译时和运行时都不会出错。但当我们强制将 get 结果转型时，就会抛出 ClassCastException 异常，程序将会出错。

　　对于我们的容器类，它是可以存储任何对象的，但我们在使用时，一次只想也只应该向其中放入一种对象。基于这种需求，提出了类型参数化的概念，即泛型。　

二. 泛型基础

1.概念

• “泛型”术语：适用于许多许多的类型

• “泛型”本质：实现的类型参数化的概念，使代码可以应用于多种类型

• “泛型”核心：告诉编译器想使用什么类型（指定具体类型参数或对其进行限制），然后编译器帮你处理一切细节(类型安全检查等)

• “泛型”初衷：

  (1). 希望类或方法具备最广泛的表达能力，即通过解耦类或方法与所使用的类型之间的约束；

  (2). 对容器类而言，泛型在保证容器类可以存储任何类型对象的同时，又保证了容器类一旦声明自己将要保存的元素类型时，就不可再保存其他类型了，例如：

ArrayList list = new ArrayList();

fruits.add(new Fruit());     
// OKfruits.add(new Apple());     
// OKfruits.add(new Orange());    
 // OKfruits.add(new Object());    
  // Error

　  上述代码表明了该容器只能保存 Fruit类型 的对象，由于 Apple 也是一种 Fruit，所以其也可以保存 Apple类型对象，但对于不属于 Fruit类型 的对象，编译器杜绝将其放入列表中。

　　简单地说：泛型 = 编译时的类型检查 + 编译时的类型擦除(编译器插入 checkcast 等) + 运行时的继承0。**所以，我们在理解和应用泛型时，一定要从编译期和运行时两个视角去分析。

• 类型参数推断： 当使用泛型类时，必须在继承1的时候指定类型参数的值；而使用泛型方法时，通常不必指明参数类型（编译器类型参数推断的能力是有限的，有时我们必须显式的指明类型参数；但大多数情况下，编译器可以胜任这项任务），因为编译器会为我们找出具体类型(如 例1 所示)。但是编译器的类型推导能力是有限的，这种情况下，我们必须进行显式的类型实例化(如 例2 所示)。
  

例1：
　　在 Java 1.7 以后，我们可以这样创建一个ArrayList:

ArrayList list = new ArrayList<>;

　　list 继承2的类型就决定了它继承3的动态数组所能存储的元素类型，即后者的类型参数可以从变量中推断出。
　　

例2：

public class TypeInference {

    public static  Set union(Set s1, Set s2) {
        Set result = new HashSet(s1);
        result.addAll(s2);        return result;
    }    public static void main(String[] args) {
        Set integers = new HashSet();
        Set doubles = new HashSet();
        Set numbers = null;        //编译器的类型推断能力有限
        numbers = TypeInference.union(integers, doubles);    // Error
        numbers = TypeInference.union(integers, doubles);   // OK
    }
}

　　如例2所示，为 numbers 赋值时需要显式对类型参数实例化。

2.定义与语法

• 泛型类（参数化类）

public class Holder{}

• 泛型接口（参数化接口）

public interface Generator{}

• 泛型方法（参数化方法；所在类可以是泛型类，也可以不是；能够独立于类而产生变化；细粒度）

public  void f(T x){}

3.继承4

• 只有当你希望使用的参数类型比某个具体类型（以及它的所有子类型）更加泛化时————也就是说，当你的代码能够跨多个类工作时，使用泛型才有所帮助；否则，使用多态就可以满足要求。

public class HasF {
  public void f(){...}
}//以下两种实现方式所取得的效果是一样的//泛型实现class Manipulator1{  
private T obj;  
public Manipulator1(T x){    
this.obj = x;
  }  public void manipulate(){
    obj.f();
  }
}//多态实现class Manipulator2{  
private HasF obj;  
public Manipulator2(HasF x){    
this.obj = x;
  }  public void manipulate(){
    obj.f();
  }
}

• 泛型类的识别(误区)

先看下面两段代码：

// 第一段代码public class Pair {
    private T first;    
    private T second;    
    public Pair(T first, T second){        
    this.first = first;        
    this.second = second;
    }    public void setFirst(T first){        
    this.first = first;
    }    public T getFirst(){        
    return first;
    }    public void setSecond(T second){        
    this.second = second;
    }    public T getSecond(){        
    return second;
    }
}

// 第二段代码public class DateInterval extends Pair {     // 时间间隔类
    public DateInterval(Date first, Date second){        super(first, second);
    }    @Override
    public void setSecond(Date second) {        super.setSecond(second);
    }    @Override
    public Date getSecond(){        return super.getSecond();
    }
}

　 　由泛型类的定义可知，Pair 是一个泛型类，因为在类名后面有类型参数；类DateInterval 后面没有跟类型参数列表，因此该类就是一个 T 被替换为 Date 的实体类，其从 Pair泛型类型 继承得到的方法列表，与泛型彻底无关。

• 对泛型类LinkedList的类型参数T实例化所得到的不同泛型类型的理解

  　　下图中，LinkedList，LinkedList 和 LinkedList 是三种不同的类型，就像 Integer 和 String 一样，是两种互不相同的类型。但是，三者共享同一个 Class 对象，换句话说，三者在运行期的类型是一样的，但在编译期根据类型参数的不同成为截然不同的类型,下面代码可为例证。
  　　                  

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

  LinkedList proverbs = new LinkedList<>();
  LinkedList