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Java泛型

woshicixide / 532人閱讀

摘要：虛擬機中并沒有泛型類型對象，所有的對象都是普通類。其原因就是泛型的擦除。中數組是協變的，泛型是不可變的。在不指定泛型的情況下，泛型變量的類型為該方法中的幾種類型的同一個父類的最小級，直到。

引入泛型的主要目標有以下幾點：

類型安全

泛型的主要目標是提高 Java 程序的類型安全

編譯時期就可以檢查出因 Java 類型不正確導致的 ClassCastException 異常

符合越早出錯代價越小原則

消除強制類型轉換

泛型的一個附帶好處是，使用時直接得到目標類型，消除許多強制類型轉換

所得即所需，這使得代碼更加可讀，并且減少了出錯機會

潛在的性能收益

由于泛型的實現方式，支持泛型（幾乎）不需要 JVM 或類文件更改

所有工作都在編譯器中完成

編譯器生成的代碼跟不使用泛型（和強制類型轉換）時所寫的代碼幾乎一致，只是更能確保類型安全而已

使用方式

泛型的本質是參數化類型，也就是說所操作的數據類型被指定為一個參數。

類型參數的意義是告訴編譯器這個集合中要存放實例的類型，從而在添加其他類型時做出提示，在編譯時就為類型安全做了保證。

參數類型可以用在類、接口和方法的創建中，分別稱為泛型類、泛型接口、泛型方法。

通配符

有時候希望傳入的類型有一個指定的范圍，從而可以進行一些特定的操作，這時候就是通配符邊界登場的時候了。

泛型中有三種通配符形式：

無限制通配符

extends關鍵字聲明了類型的上界，表示參數化的類型可能是所指定的類型，或者是此類型的子類

super關鍵字聲明了類型的下界，表示參數化的類型可能是指定的類型，或者是此類型的父類

無限制通配符

要使用泛型，但是不確定或者不關心實際要操作的類型，可以使用無限制通配符（尖括號里一個問號，即 ），表示可以持有任何類型。

大部分情況下，這種限制是好的，但這使得一些理應正確的基本操作都無法完成。

private void swap(List list, int i, int j){
    Object o = list.get(i);
    list.set(j,o);
}

這個代碼看上去應該是正確的，但 Java 編譯器會提示編譯錯誤，set 語句是非法的。編譯器提示我們把方法中的 List 改成List 。

? 和 Object 不一樣嗎？

List 表示未知類型的列表，而 List 表示任意類型的列表。比如傳入 List ，這時 List 的元素類型就是 String，想要往 List 里添加一個 Object，這當然是不可以的。

上界通配符 < ? extends E>

在類型參數中使用 extends 表示這個泛型中的參數必須是 E 或者 E 的子類，這樣有兩個好處：

如果傳入的類型不是 E 或者 E 的子類，編譯不成功

泛型中調用使用 E 的方法，要不然必須強轉成 E 才能調用

下界通配符 < ? super E>

在類型參數中使用 super 表示這個泛型中的參數必須是 E 或者 E 的父類。

private  void add(List dst, List src){
    for (E e : src) {
        dst.add(e);
    }
}

dst 類型 “大于等于” src 的類型，這里的“大于等于”是指 dst 表示的范圍比 src 要大，因此裝得下 dst 的容器也就能裝 src。向上轉型總是合理的。

通配符比較

無限制通配符 和 Object 有些相似，用于表示無限制或者不確定范圍的場景。 相當于 。

< ? extends E> 用于靈活讀取，使得方法可以讀取 E 或 E 的任意子類型的容器對象。

< ? super E> 用于靈活寫入或比較，使得對象可以寫入父類型的容器，使得父類型的比較方法可以應用于子類對象。

為了獲得最大限度的靈活性，要在表示 生產者或者消費者 的輸入參數上使用通配符，使用的規則就是：生產者有上限、消費者有下限：PECS: producer-extends, costumer-super。

T 的生產者的意思就是結果會返回 T (get)，這就要求返回一個具體的類型，必須有上限才夠具體；

T 的消費者的意思是要操作 T (set)，這就要求操作的容器要夠大，所以容器需要是 T 的父類，即 super T；

 private  > E max(List e1){
        if (e1 == null){
            return null;
        }
        
        Iterator iterator = e1.iterator();
        E result = iterator.next();
        while (iterator.hasNext()){
            E next = iterator.next();
            if (next.compareTo(result) > 0){
                result = next;
            }
        }
        return result;
    }

要進行比較，所以 E 需要是可比較的類，因此需要 extends Comparable<…>

Comparable 要對 E 進行比較，即 E 的消費者，所以需要用 super

而參數 List 表示要操作的數據是 E 的子類的列表。

類型擦除

Java 中的泛型和 C++ 中的模板有一個很大的不同：

C++ 中模板的實例化會為每一種類型都產生一套不同的代碼，這就是所謂的代碼膨脹。

Java 中并不會產生這個問題。虛擬機中并沒有泛型類型對象，所有的對象都是普通類。

在 Java 中，泛型是 Java 編譯器的概念，用泛型編寫的 Java 程序和普通的 Java程序基本相同，只是多了一些參數化的類型同時少了一些類型轉換。

實際上泛型程序也是首先被轉化成一般的、不帶泛型的 Java 程序后再進行處理的，編譯器自動完成了從 Generic Java 到普通Java 的翻譯，Java 虛擬機運行時對泛型基本一無所知。

當編譯器對帶有泛型的java代碼進行編譯時，它會去執行類型檢查和類型推斷，然后生成普通的不帶泛型的字節碼，這種普通的字節碼可以被一般的 Java 虛擬機接收并執行，這在就叫做類型擦除（type erasure）。

實際上無論你是否使用泛型，集合框架中存放對象的數據類型都是 Object。

List strings = new ArrayList<>();
List integers = new ArrayList<>();
System.out.println(strings.getClass() == integers.getClass());//true

上面代碼輸出結果并不是預期的 false，而是 true。其原因就是泛型的擦除。

實現原理

Java 編輯器會將泛型代碼中的類型完全擦除，使其變成原始類型。

接著 Java編譯器會在這些代碼中加入類型轉換，將原始類型轉換成想要的類型。這些操作都是編譯器后臺進行，可以保證類型安全。

泛型就是一個語法糖，它運行時沒有存儲任何類型信息。

擦除導致的泛型不可變性

協變：如果 A 是 B 的父類，并且 A 的容器（比如 List< A>）也是 B 的容(List< B > ) 的父類，則稱之為協變的（父子關系保持一致）

逆變：如果 A 是 B 的父類，但是 A 的容器 是 B 的容器的子類，則稱之為逆變（放入容器就篡位了）

不可變：不論 A B 有什么關系，A 的容器和 B 的容器都沒有父子關系，稱之為不可變。

Java 中數組是協變的，泛型是不可變的。

如果想要讓某個泛型類具有協變性，就需要用到邊界。

總結

泛型是通過擦除來實現的。因此泛型只在編譯時強化它的類型信息，而在運行時丟棄(或者擦除)它的元素類型信息。擦除使得使用泛型的代碼可以和沒有使用泛型的代碼隨意互用。

數組中不能使用泛型

Java 中 List 和原始類型 List 之間的區別?

在編譯時編譯器不會對原始類型進行類型安全檢查，卻會對帶參數的類型進行檢查

通過使用 Object 作為類型，可以告知編譯器該方法可以接受任何類型的對象，比如String 或 Integer

可以把任何帶參數的類型傳遞給原始類型 List，但卻不能把 List< String> 傳遞給接受 List< Object>的方法，因為泛型的不可變性，會產生編譯錯誤。

區分原始類型和泛型變量的類型

在調用泛型方法的時候，可以指定泛型，也可以不指定泛型。

在不指定泛型的情況下，泛型變量的類型為該方法中的幾種類型的同一個父類的最小級，直到Object。

在指定泛型的時候，該方法中的幾種類型必須是該泛型實例類型或者其子類。

public class Test2{  
    public static void main(String[] args) {  
        /**不指定泛型的時候*/  
        int i=Test2.add(1, 2); //這兩個參數都是Integer，所以T為Integer類型  
        Number f=Test2.add(1, 1.2);//這兩個參數一個是Integer，以風格是Float，所以取同一父類的最小級，為Number  
        Object o=Test2.add(1, "asd");//這兩個參數一個是Integer，以風格是Float，所以取同一父類的最小級，為Object  
  
                /**指定泛型的時候*/  
        int a=Test2.add(1, 2);//指定了Integer，所以只能為Integer類型或者其子類  
        int b=Test2.add(1, 2.2);//編譯錯誤，指定了Integer，不能為Float  
        Number c=Test2.add(1, 2.2); //指定為Number，所以可以為Integer和Float  
    }  
      
    //這是一個簡單的泛型方法  
    public static  T add(T x,T y){  
        return y;  
    }  
}

類型檢查就是針對引用的，誰是一個引用，用這個引用調用泛型方法，就會對這個引用調用的方法進行類型檢測，而無關它真正引用的對象。

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