Java学习第八部分——泛型

目录

一、概述

（一）定义

（二）作用

（三）引入原因

二、使用

（一）类

（二）接口

（三）方法

三、类型参数

（一）命名

（二）限制

四、类型擦除

（一）概念

（二）影响

五、通配符

（一）`?`（无界通配符）

（二）`? extends T`（上界通配符）

（三）`? super T`（下界通配符）

六、高级用法

（一）泛型数组

（二）泛型与反射

（三）泛型与匿名内部类

七、idea项目实战

（一）打开idea新建Java项目

（二）编写GenericCollectionUtil类

（三）创建测试类

（四）编译运行代码，注意切换到测试类文件

（五）运行结果如下

（六）代码解释如下

1. GenericCollectionUtil 类

2. GenericCollectionUtilTest`类

一、概述

（一）定义


        Java泛型（Generics）是指在定义类、接口或方法时，可以指定一个或多个类型参数（Type Parameters），这些类型参数在使用时会被具体的类型替换。它允许程序员在编写代码时延迟确定数据类型，从而提高代码的复用性和安全性。

（二）作用

       Java泛型是一种强大的特性，它可以让代码更加通用、安全和复用。通过泛型类、泛型接口和泛型方法，可以编写出能够处理多种类型数据的代码。同时，泛型的类型参数、类型擦除和通配符等概念也需要深入理解，以便正确使用泛型。

（三）引入原因


1. 类型安全
   - 在没有泛型的情况下，集合类（如ArrayList）只能存储Object类型的对象。当从集合中取出元素时，需要进行强制类型转换。例如：

     List list = new ArrayList();
     list.add("Hello");
     String str = (String) list.get(0);

     这种方式存在类型安全问题，因为list可以存储任何类型的对象，如果添加了其他类型的对象，如`list.add(123);`，在取出时进行强制类型转换就会抛出`ClassCastException`异常。
   - 使用泛型后，可以在编译阶段就检查类型是否正确。例如：

     List<String> list = new ArrayList<String>();
     list.add("Hello");
     String str = list.get(0); // 不需要强制类型转换

     如果尝试添加非String类型的对象，如`list.add(123);`，编译器会报错。
2. 代码复用
   - 泛型可以让我们编写更加通用的代码。例如，一个泛型类可以处理多种类型的数据，而不需要为每种数据类型都编写一个类。

二、使用

（一）类


1. 定义泛型类
   - 泛型类的定义格式为：

     class 类名<类型参数> {
         // 类的成员可以使用类型参数
     }

   - 例如，定义一个简单的泛型类Box：

     public class Box<T> {
         private T t;

         public void set(T t) {
             this.t = t;
         }

         public T get() {
             return t;
         }
     }

2. 使用泛型类
   - 使用时需要指定具体的类型参数。例如：

     Box<String> stringBox = new Box<String>();
     stringBox.set("Hello");
     String str = stringBox.get();

     Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
     integerBox.set(123);
     Integer num = integerBox.get();
 

（二）接口


1. 定义泛型接口
   - 泛型接口的定义格式与泛型类类似：
        interface 接口名<类型参数> {
         // 接口的成员可以使用类型参数
     }

   - 例如，定义一个泛型接口Comparable：
 
     public interface Comparable<T> {
         int compareTo(T o);
     }

2. 实现泛型接口
   - 实现泛型接口时，可以指定具体的类型参数，也可以不指定。例如：
  
     public class Person implements Comparable<Person> {
         private String name;

         public Person(String name) {
             this.name = name;
         }

         @Override
         public int compareTo(Person o) {
             return this.name.compareTo(o.name);
         }
     }
 

（三）方法


1. 定义泛型方法
   - 泛型方法的定义格式为：
 
     <类型参数> 返回值类型 方法名(参数列表) {
         // 方法体
     }

   - 例如，定义一个泛型方法swap：

     public <T> void swap(T[] array, int i, int j) {
         T temp = array[i];
         array[i] = array[j];
         array[j] = temp;
     }

2. 使用泛型方法
   - 调用泛型方法时，可以省略类型参数，编译器会自动推断。例如：

     String[] strArray = {"a", "b"};
     swap(strArray, 0, 1);
 

三、类型参数

（一）命名


- 通常使用单个大写字母作为类型参数的名称，常见的有：
  - `T`：Type
  - `E`：Element
  - `K`：Key
  - `V`：Value
  - `N`：Number

（二）限制


1. 有界类型参数
   - 可以通过`extends`关键字对类型参数进行限制，使其只能是某个类或接口的子类型。例如：

     public <T extends Number> void print(T t) {
         System.out.println(t);
     }

     这样，`T`只能是`Number`或其子类的实例。
2. 无界类型参数
   - 如果没有对类型参数进行限制，那么它就是一个无界类型参数，可以是任何类型。例如：

     public <T> void print(T t) {
         System.out.println(t);
     }
 

四、类型擦除

（一）概念


- 在Java中，泛型是通过类型擦除实现的。也就是说，在运行时，泛型类型会被擦除，所有的类型参数都会被替换为它们的边界（如果有边界的话），如果没有边界，则替换为`Object`。
- 例如，`List<String>`和`List<Integer>`在运行时都会被擦除为`List`。

（二）影响


1.无法获取泛型类型参数
   - 由于类型擦除，无法在运行时获取泛型类型参数的具体类型。例如：

     List<String> list = new ArrayList<String>();
     System.out.println(list.getClass().getTypeParameters()); // 输出的是一个空的TypeVariable数组

2.泛型方法的重载
   - 由于类型擦除，泛型方法的签名在运行时是相同的，因此不能仅根据类型参数的不同来重载泛型方法。例如：
  
     public <T> void print(T t) {
         System.out.println(t);
     }

     public <E> void print(E e) {
         System.out.println(e);
     }

     这是不允许的，因为编译器无法区分这两个方法。

五、通配符

（一）`?`（无界通配符）


- 表示任意类型。例如：

  public void printList(List<?> list) {
      for (Object obj : list) {
          System.out.println(obj);
      }
  }

  这个方法可以接受任何类型的`List`作为参数。

（二）`? extends T`（上界通配符）


- 表示类型参数是`T`或`T`的子类型。例如：

  public void printNumberList(List<? extends Number> list) {
      for (Number num : list) {
          System.out.println(num);
      }
  }

  这个方法可以接受`List<Number>`、`List<Integer>`、`List<Double>`等作为参数。

（三）`? super T`（下界通配符）


- 表示类型参数是`T`或`T`的父类型。例如：

  public void addNumberToList(List<? super Integer> list) {
      list.add(123);
  }

  这个方法可以接受`List<Integer>`、`List<Number>`、`List<Object>`等作为参数。

六、高级用法

（一）泛型数组


- 不能创建泛型数组，例如`new T[10]`是不允许的。但是可以通过其他方式来实现类似的功能。例如：

  public <T> T[] createArray(Class<T> clazz, int size) {
      return (T[]) Array.newInstance(clazz, size);
  }
 

（二）泛型与反射


- 可以通过反射来获取泛型类型参数。例如：
 
  Type type = new TypeReference<List<String>>() {}.getType();
  if (type instanceof ParameterizedType) {
      ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) type;
      Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
      System.out.println(actualTypeArguments[0]); // 输出：class java.lang.String
  }
 

（三）泛型与匿名内部类


- 可以在匿名内部类中使用泛型。例如：

  public static void main(String[] args) {
      List<String> list = new ArrayList<String>() {
          {
              add("Hello");
          }
      };
      System.out.println(list.get(0));
  }
 

七、idea项目实战

（一）打开idea新建Java项目

ps：如果需要，可以在pom.xml文件中添加其他依赖。对于这个简单的项目不需要额外的依赖。

（二）编写GenericCollectionUtil类

package com.example.util;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class GenericCollectionUtil<T> {private List<T> list = new ArrayList<>();/*** 添加元素到集合** @param element 要添加的元素*/public void add(T element) {list.add(element);}/*** 获取集合中的元素** @param index 元素的索引* @return 索引对应的元素*/public T get(int index) {return list.get(index);}/*** 清空集合*/public void clear() {list.clear();}/*** 获取集合大小** @return 集合的大小*/public int size() {return list.size();}@Overridepublic String toString() {return list.toString();}
}

（三）创建测试类

package com.example.util;public class GenericCollectionUtilTest {public static void main(String[] args) {// 测试字符串集合GenericCollectionUtil<String> stringUtil = new GenericCollectionUtil<>();stringUtil.add("Hello");stringUtil.add("World");System.out.println("String Collection: " + stringUtil);System.out.println("Element at index 0: " + stringUtil.get(0));stringUtil.clear();System.out.println("After clear: " + stringUtil);// 测试整数集合GenericCollectionUtil<Integer> intUtil = new GenericCollectionUtil<>();intUtil.add(1);intUtil.add(2);intUtil.add(3);System.out.println("Integer Collection: " + intUtil);System.out.println("Element at index 1: " + intUtil.get(1));intUtil.clear();System.out.println("After clear: " + intUtil);}
}

（四）编译运行代码，注意切换到测试类文件

ps：红色箭头所示两种点击都可以实现

（五）运行结果如下

（六）代码解释如下

1. GenericCollectionUtil 类

       这个类是一个泛型工具类，用于处理不同类型的数据集合操作。它使用了 Java 的泛型特性，使得同一个类可以处理多种类型的数据。

成员变量
- `private List<T> list = new ArrayList<>();`
  - 这是一个泛型列表，用于存储集合中的元素。`T` 是一个类型参数，表示集合中元素的类型。

方法
- `public void add(T element)`
  - 这是一个泛型方法，用于向集合中添加元素。`element` 是要添加的元素，其类型由 `T` 决定。
  
- `public T get(int index)`
  - 这是一个泛型方法，用于从集合中获取指定索引位置的元素。返回值的类型也是 `T`。
  
- `public void clear()`
  - 这是一个非泛型方法，用于清空集合中的所有元素。
  
- `public int size()`
  - 这是一个非泛型方法，用于获取集合中元素的数量。
  
- `@Override public String toString()`
  - 这是一个重写的方法，用于返回集合的字符串表示形式。它直接返回 `list.toString()`，即集合中所有元素的字符串表示。

2. GenericCollectionUtilTest`类

这个类是一个测试类，用于验证 `GenericCollectionUtil` 类的功能。

主要逻辑
- 创建 `GenericCollectionUtil` 类的实例，分别用于字符串和整数类型的集合。
- 向集合中添加元素，并打印集合的字符串表示形式。
- 获取并打印指定索引位置的元素。
- 清空集合，并打印清空后的集合表示形式。

输出示例
- 打印字符串集合和整数集合的初始状态。
- 打印指定索引位置的元素。
- 打印清空集合后的状态。

优点
- **泛型使用**：通过使用泛型，代码更加通用和灵活，可以处理多种类型的数据集合。
- **简洁性**：代码简洁明了，易于理解和维护。
- **功能明确**：每个方法的功能都很明确，易于使用。

缺点
- **功能有限**：目前只实现了添加元素、获取元素、清空集合和获取集合大小的功能，还可以扩展更多功能，如删除元素、查找元素等。
- **异常处理**：在获取元素时，如果索引超出范围，会抛出 `IndexOutOfBoundsException` 异常。可以考虑添加异常处理逻辑，提高代码的健壮性。

扩展功能建议
- **删除元素**：添加一个方法，用于从集合中删除指定索引位置的元素。
- **查找元素**：添加一个方法，用于查找集合中是否存在指定的元素。
- **排序**：添加一个方法，用于对集合中的元素进行排序。
- **过滤**：添加一个方法，用于对集合中的元素进行过滤，返回满足条件的元素集合。

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