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Java泛型详解,通俗易懂只需5分钟

我们知道,使用变量之前要定义,定义一个变量时必须要指明它的数据类型,什么样的数据类型赋给什么样的值。

假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:

  • x = 10、y = 10
  • x = 12.88、y = 129.65
  • x = “东京180度”、y = “北纬210度”

针对不同的数据类型,除了借助方法重载,还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道,基本数据类型可以自动装箱,被转换成对应的包装类;Object 是所有类的祖先类,任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型,例如:

  • int –> Integer –> Object
  • double –>Double –> Object
  • String –> Object

这样,只需要定义一个方法,就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码:

  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         Point p = new Point();
  4.         p.setX(10);  // int -> Integer -> Object
  5.         p.setY(20);
  6.         int x = (Integer)p.getX();  // 必须向下转型
  7.         int y = (Integer)p.getY();
  8.         System.out.println(“This point is:” + x + “, “ + y);
  9.         p.setX(25.4);  // double -> Integer -> Object
  10.         p.setY(“东京180度”);
  11.         double m = (Double)p.getX();  // 必须向下转型
  12.         double n = (Double)p.getY(); // 运行期间抛出异常
  13.         System.out.println(“This point is:” + m + “, “ + n);
  14.     }
  15. }

 

  1. class Point{
  2.     Object x = 0;
  3.     Object y = 0;
  4.     public Object getX() {
  5.         return x;
  6.     }
  7.     public void setX(Object x) {
  8.         this.x = x;
  9.     }
  10.     public Object getY() {
  11.         return y;
  12.     }
  13.     public void setY(Object y) {
  14.         this.y = y;
  15.     }
  16. }

上面的代码中,生成坐标时不会有任何问题,但是取出坐标时,要向下转型,在 Java多态对象的类型转换 一文中我们讲到,向下转型存在着风险,而且编译期间不容易发现,只有在运行期间才会抛出异常,所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码,第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。

那么,有没有更好的办法,既可以不使用重载(有重复代码),又能把风险降到最低呢?

有,可以使用泛型类(Java Class),它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”,就是“宽泛的数据类型”,任意的数据类型。

更改上面的代码,使用泛型类:

  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         // 实例化泛型类
  4.         Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  5.         p1.setX(10);
  6.         p1.setY(20);
  7.         int x = p1.getX();
  8.         int y = p1.getY();
  9.         System.out.println(“This point is:” + x + “, “ + y);
  10.         Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
  11.         p2.setX(25.4);
  12.         p2.setY(“东京180度”);
  13.         double m = p2.getX();
  14.         String n = p2.getY();
  15.         System.out.println(“This point is:” + m + “, “ + n);
  16.     }
  17. }

 

  1. // 定义泛型类
  2. class Point<T1, T2>{
  3.     T1 x;
  4.     T2 y;
  5.     public T1 getX() {
  6.         return x;
  7.     }
  8.     public void setX(T1 x) {
  9.         this.x = x;
  10.     }
  11.     public T2 getY() {
  12.         return y;
  13.     }
  14.     public void setY(T2 y) {
  15.         this.y = y;
  16.     }
  17. }

运行结果:
This point is:10, 20
This point is:25.4, 东京180度

与普通类的定义相比,上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>,T1, T2 是自定义的标识符,也是参数,用来传递数据的类型,而不是数据的值,我们称之为类型参数。在泛型中,不但数据的值可以通过参数传递,数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符,运行时会被替换为真正的数据类型。

传值参数(我们通常所说的参数)由小括号包围,如 (int x, double y),类型参数(泛型参数)由尖括号包围,多个参数由逗号分隔,如 <T> 或 <T, E>。

类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数,就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符,习惯上使用单个大写字母,通常情况下,K 表示键,V 表示值,E 表示异常或错误,T 表示一般意义上的数据类型。

泛型类在实例化时必须指出具体的类型,也就是向类型参数传值,格式为:
className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型,但是会产生警告,即:
className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因为在使用泛型类时指明了数据类型,赋给其他类型的值会抛出异常,既不需要向下转型,也没有潜在的风险,比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。

注意:

  • 泛型是 Java 1.5 的新增特性,它以C++模板为参照,本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
  • 类型参数只能用来表示引用类型,不能用来表示基本类型,如  int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错,因为它们会自动装箱成对应的包装类。

泛型方法

除了定义泛型类,还可以定义泛型方法,例如,定义一个打印坐标的泛型方法:

  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. // 实例化泛型类
  4. Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
  5. p1.setX(10);
  6. p1.setY(20);
  7. p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());
  8. Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
  9. p2.setX(25.4);
  10. p2.setY(“东京180度”);
  11. p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());
  12. }
  13. }
  14. // 定义泛型类
  15. class Point<T1, T2>{
  16. T1 x;
  17. T2 y;
  18. public T1 getX() {
  19. return x;
  20. }
  21. public void setX(T1 x) {
  22. this.x = x;
  23. }
  24. public T2 getY() {
  25. return y;
  26. }
  27. public void setY(T2 y) {
  28. this.y = y;
  29. }
  30. // 定义泛型方法
  31. public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){
  32. T1 m = x;
  33. T2 n = y;
  34. System.out.println(“This point is:” + m + “, “ + n);
  35. }
  36. }

运行结果:
This point is:10, 20
This point is:25.4, 东京180度

上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint(),既有普通参数,也有类型参数,类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数,就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。

与使用泛型类不同,使用泛型方法时不必指明参数类型,编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同,调用就像普通方法一样。

注意:泛型方法与泛型类没有必然的联系,泛型方法有自己的类型参数,在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系,也可以使用其他的标识符代替:

  1. public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){
  2. V1 m = x;
  3. V2 n = y;
  4. System.out.println(“This point is:” + m + “, “ + n);
  5. }

泛型接口

在Java中也可以定义泛型接口,这里不再赘述,仅仅给出示例代码:

  1. public class Demo {
  2. public static void main(String arsg[]) {
  3. Info<String> obj = new InfoImp<String>(“www.weixueyuan.net”);
  4. System.out.println(“Length Of String: “ + obj.getVar().length());
  5. }
  6. }
  7. //定义泛型接口
  8. interface Info<T> {
  9. public T getVar();
  10. }
  11. //实现接口
  12. class InfoImp<T> implements Info<T> {
  13. private T var;
  14. // 定义泛型构造方法
  15. public InfoImp(T var) {
  16. this.setVar(var);
  17. }
  18. public void setVar(T var) {
  19. this.var = var;
  20. }
  21. public T getVar() {
  22. return this.var;
  23. }
  24. }

运行结果:
Length Of String: 18

类型擦除

如果在使用泛型时没有指明数据类型,那么就会擦除泛型类型,请看下面的代码:

  1. public class Demo {
  2. public static void main(String[] args){
  3. Point p = new Point(); // 类型擦除
  4. p.setX(10);
  5. p.setY(20.8);
  6. int x = (Integer)p.getX(); // 向下转型
  7. double y = (Double)p.getY();
  8. System.out.println(“This point is:” + x + “, “ + y);
  9. }
  10. }
  11. class Point<T1, T2>{
  12. T1 x;
  13. T2 y;
  14. public T1 getX() {
  15. return x;
  16. }
  17. public void setX(T1 x) {
  18. this.x = x;
  19. }
  20. public T2 getY() {
  21. return y;
  22. }
  23. public void setY(T2 y) {
  24. this.y = y;
  25. }
  26. }

运行结果:
This point is:10, 20.8

因为在使用泛型时没有指明数据类型,为了不出现错误,编译器会将所有数据向上转型为 Object,所以在取出坐标使用时要向下转型,这与本文一开始不使用泛型没什么两样。

限制泛型的可用类型

在上面的代码中,类型参数可以接受任意的数据类型,只要它是被定义过的。但是,很多时候我们只需要一部分数据类型就够了,用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如,编写一个泛型函数用于返回不同类型数组(Integer 数组、Double 数组、Character 数组等)中的最大值:

  1. public <T> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }

上面的代码会报错,doubleValue() 是 Number 类的方法,不是所有的类都有该方法,所以我们要限制类型参数 T,让它只能接受 Number 及其子类(Integer、Double、Character 等)。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型,改进上面的代码:

  1. public <T extends Number> T getMax(T array[]){
  2. T max = null;
  3. for(T element : array){
  4. max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
  5. }
  6. return max;
  7. }

<T extends Number> 表示 T 只接受 Number 及其子类,传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends,后面可以是类也可以是接口。但这里的 extends 已经不是继承的含义了,应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型,或者 T 是实现了 XX 接口的类型。

注意:一般的应用开发中泛型使用较少,多用在框架或者库的设计中,这里不再深入讲解,主要让大家对泛型有所认识,为后面的教程做铺垫。

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