Java初识泛型

 

目录

一、包装类 

1、基本数据类型和对应的包装类

2、装箱和拆箱

3、自动装箱和自动拆箱

二、什么是泛型

三、引出泛型

1、泛型的语法

四、泛型类的使用

1、语法

2、示例

3、类型推导(Type Inference)

六、泛型如何编译的 

1、擦除机制

2、为什么不能实例化泛型类型数组

七、泛型的上界

1、语法

2、示例

八、泛型方法

1、定义语法

2、示例

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一、包装类 

在Java中，由于基本类型不是继承自Object，为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了一个包装类型。

1、基本数据类型和对应的包装类

 除了 Integer 和 Character， 其余基本类型的包装类都是首字母大写。

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2、装箱和拆箱

简单的说，装箱就是：自动将基本数据类型转换为包装器类型；拆箱就是：自动将包装器类型转换为基本数据类型。

int i = 10;
// 装箱操作，新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
Integer ii = Integer.valueOf(i);
Integer ij = new Integer(i);
// 拆箱操作，将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中
int j = ii.intValue();

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3、自动装箱和自动拆箱

可以看到在使用过程中，装箱和拆箱带来不少的代码量，所以为了减少开发者的负担，java 提供了自动机制。

int i = 10;
Integer ii = i; // 自动装箱
Integer ij = (Integer)i; // 自动装箱
int j = ii; // 自动拆箱
int k = (int)ii; // 自动拆箱

从字节码内容可以看出，在装箱的时候自动调用的是Integer的valueOf(int)方法，而在拆箱的时候自动调用的是Integer的intValue方法。

其他的比如Double、Character等也是类似的，大家可以自己动手尝试一下。

因此可以用一句话总结装箱和拆箱的实现过程：

装箱过程是通过调用包装器的valueOf( )方法实现的，而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。（xxx代表对应的基本数据类型）。

现在，我们来看一道题，试着思考下列代码的输出结果是什么：

public static void main(String[] args) {Integer a = 127;Integer b = 127;Integer c = 128;Integer d = 128;System.out.println(a == b);System.out.println(c == d);}

答案是：true  false

这是因为，在Integer这个包装类中，它所能存储的数值的范围是在 -128~127 之间的，而 a、b 均在这个范围内，因此比较a和b的时候比较的是数值的大小，此时a == b，因此输出true。

但是 c 和 d 均超出了Integer所能的范围，因此此时为了存储 c 和 d ，会自动new对象来分别存储它们，此时也就相当于我们比较的是引用类型， 因此在c  == d 这个比较中比较的是它们的地址，从而导致输出结果为false

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二、什么是泛型

一般的类和方法，只能使用具体的类型: 要么是基本类型，要么是自定义的类。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。

                                                                                      ----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍。

泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化。

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三、引出泛型

现在，我们有这么一个任务：

实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值？

那么此时我们该如何实现这段代码呢？思路如下：

思路：

1. 我们以前学过的数组，只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; String[] strs = new String[10];

2. 所有类的父类，默认为Object类。数组是否可以创建为Object?

那么此时，便会有这么一段代码：

class MyArray {public Object[] array = new Object[10];public Object getPos(int pos) {return this.array[pos];}public void setVal(int pos,Object val) {this.array[pos] = val;}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {MyArray myArray = new MyArray();myArray.setVal(0,10);myArray.setVal(1,"hello");//字符串也可以存放String ret = myArray.getPos(1);//编译报错System.out.println(ret);}
}

通过以上代码实现后我们会发现一下几个问题：

1. 任何类型数据都可以存放

2. 这段代码会发生报错，这是因为ret字符串是String类型的，但是myArrary这个数组却是Object类型的，因此我们需要对其进行强制转换。

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。所以，泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型。

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1、泛型的语法

class 泛型类名称<类型形参列表> {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {}
class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
// 可以只使用部分类型参数}

那么此时，我们利用泛型就可以将之前的那段代码改成这个样子：

class MyArray<T> {public T[] array = (T[])new Object[10];//1public T getPos(int pos) {return this.array[pos];}public void setVal(int pos,T val) {this.array[pos] = val;}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2myArray.setVal(0,10);myArray.setVal(1,12);int ret = myArray.getPos(1);//3System.out.println(ret);myArray.setVal(2,"Hello");//4}
}

现在，我们对代码进行一下分析：

1. 类名后的 <T> 代表占位符，表示当前类是一个泛型类

除此之外，我们还可以了解一个常见的规范：

【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

 2. 不能new泛型类型的数组

那么这也就意味着：

T[] ts = new T[5];//是不对的

3. 类型后加入 <Integer> 指定当前类型

4. 不需要进行强制类型转换

5. 代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查。

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四、泛型类的使用

1、语法

泛型类<类型实参> 变量名; // 定义一个泛型类引用
new 泛型类<类型实参>(构造方法实参); // 实例化一个泛型类对象

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2、示例

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

这里我们的第二个<>里面的Integer是可以省略的，也就是说，我们可以将代码改成这个样子：

MyArray<Integer> list = new MyArray<>();

注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

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3、类型推导(Type Inference)

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 Integer

小结：

1. 泛型是将数据类型参数化，进行传递

2. 使用 <T> 表示当前类是一个泛型类。

3. 泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换。

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六、泛型如何编译的 

1、擦除机制

那么，泛型到底是怎么编译的？泛型本质是一个非常难的语法，要理解好他需要一定的时间打磨。

现在，我们来通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object。

 在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：擦除机制。

Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

其它有关泛型擦除机制的文章介绍：https://zhuanlan.zhihu.com/p/51452375

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2、为什么不能实例化泛型类型数组

我们先来看这么一段代码：

class MyArray<T> {public T[] array = (T[]) new Object[10];public T getPos(int pos) {return this.array[pos];}public void setVal(int pos, T val) {this.array[pos] = val;}public T[] getArray() {return array;}public static void main(String[] args) {MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();Integer[] strings = myArray1.getArray();}
}

此时代码会进行报错：

关于报错的原因，通俗讲就是：返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Integer类型的数组，编译器认为是不安全的。

现在，我们来看一下正确的方法：【了解即可】

class MyArray<T> {public T[] array;public MyArray() {}/*** 通过反射创建，指定类型的数组* @param clazz* @param capacity*/public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {array = (T[])Array.newInstance(clazz, capacity);}public T getPos(int pos) {return this.array[pos];}public void setVal(int pos,T val) {this.array[pos] = val;}public T[] getArray() {return array;}
}
public static void main(String[] args) {MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);Integer[] integers = myArray1.getArray();}

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七、泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

1、语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
...
}

2、示例

public class MyArray<E extends Number> {
...
}

这段代码表示只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参

MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

那么当我们没有指定E的边界的时候，又该怎么判断范围呢？

没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

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八、泛型方法

1、定义语法

方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) { ... }

2、示例

public class Util {//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {E t = array[i];array[i] = array[j];array[j] = t;}
}