Java范型学习笔记

对于范型的使用或者说印象只有集合，其他地方即使使用过也不知道，反正就是只停留在List<E> Map<K, V>,最近刚好闲来无事，就找找资料学习一下；下列为个人学习总结，欢迎学习交流；

1. 什么是java泛型

范型：参数化类型，所操作的数据类型被指定为一个参数。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法；

List<Integer> list = new ArrayList<>();

上述代码申明了一个集合，操作的数据类型被指定为Integer(此处Integer为类型参数)；

2. 为什么需要泛型

引入泛型的好处是可以将运行时错误提前到编译时错误

List list = new ArrayList();
list.add(100);
list.add("zhangsan");

for(int i = 0; i< list.size();i++){
    int num = (int)list.get(i);
}

上面的代码在编译时没有任何问题，但是在运行时会报错：

java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer

如果没有引入范型，集合内的操作数据类型可以是任何类型，如果在操作数据时进行类型判断然后在强转也是没有问题的，但是很明显不切合实际，所以如果引入范型对操作数据类型做一定的约束的话，将会对后续的操作提供太多的方便也能减少错误的出现；

List<Integer> list = new arrayList<>();
//list.add("zhangsan");//在编译期就会报错

3. 范型的使用

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口、泛型方法

3.1. 范型类

泛型类中的类型参数几乎可以用于任何可以使用接口名、类名的地方

/**
 * 范型标识可以是任何标识符号，如常见的E, T, K, V ...
 */
class 类名<范型标识>{
}

class Stu<T>{
}

class People<E>{
}

注意：

• 泛型的类型参数只能是类类型，不能是基础类型；

List<int> list;//基础类型不能当作类型参数

• 不能对确切的泛型类型使用instanceof操作。如下面的操作是非法的，编译时会出错。

if(item instanceof List<Integer>) // Illegal generic type of instanceof

3.2. 范型接口

泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同

public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}

1. 实现范型接口，未明确范型时：实现类后的范型标识不能省略

class Iter<T> implements Iterable<T> {
    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return null;
    }
}

1. 实现范型接口，明确范型时：实现类后的范型标识省略

class Iter1 implements Iterable<String> {
    @Override
    public Iterator<String> iterator() {
        return null;
    }
}

3.3. 范型方法

public 与 返回值 中间非常重要，声明此方法为泛型方法；

/**
 * 泛型方法的基本介绍
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为T类型
 * 说明：
 *     1）public 与 返回值 中间<T>非常重要，声明此方法为泛型方法;
 *     2）只有声明了<T>的方法才是泛型方法，若没有<T>泛型类中即使使用了泛型的成员方法也不是泛型方法;
 *     3）<T>表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T;
 *     4）与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型;
 */
public <T> T genInstance(Class<T> tClass) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
    T instance = tClass.newInstance();
    return instance;
}

光看上面的例子可能依然会非常迷糊，我们再通过一个例子

public class ArrayList<E> implements List<E> {

    /**
     * 虽然在方法中使用了泛型，但是这并不是一个泛型方法。
     * 这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型。
     * 所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型。
     */
    public E get(int index) {
        //...
        return elementData(index);
    }

    /**
     * 将E改为T后，方法报错，"cannot reslove symbol T"
     * 因为在类的声明中并未声明泛型T，所以在使用E做形参和返回值类型时，编译器会无法识别
     */
    public T set(int index, T element) {
        //...
        return oldValue;
    }

    /**
     * 这才是一个真正的泛型方法。
     * 首先在public与返回值之间的<T>必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型T
     * 这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置.
     */
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        //...
        return a;
    }
}

4. 范型通配符

使用?代替范型标识，标识操作数据类型可以为任何数据类型

java中我们都知道父类可以出现的地方，子类都是可以出现的，但是：

public static void method(List<Number> list){
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    method(list); // 此处报错：List<java.lang.Number> cannot be applied to List<java.lang.Integer>
}

通过提示信息我们可以看到List<Integer>不能被看作为List<Number>的子类。

由此可以看出:同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。

我们可以将上面的方法改一下：

public static void method(List<?> list){
}

类型通配符一般是使用?代替具体的类型实参，此处的？和Number、String、Integer一样都是一种实际的类型，可以把？看成所有类型的父类，是一种真实的类型；

可以解决当具体类型不确定的时候，这个通配符就是?；当不需要使用类型的具体功能只使用Object类中的功能，那么可以用 ? 通配符来表未知类型。

5. 泛型上下边界

在使用泛型的时候，我们还可以为传入的泛型类型实参进行上下边界的限制，如：类型实参只准传入某种类型的父类或某种类型的子类。

public static void method(List<? extends Number> list){
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> intList = new ArrayList<>();
    method(intList); // Integer 是Number的子类

    List<Double> doubleList = new ArrayList<>();
    method(doubleList); // Double是Number的子类

    List<String> strList = new ArrayList<>();
    method(strList); // 此处报错，String不是Number的子类
}

6. 范型擦除

Java在编译期间，所有的泛型信息都会被擦掉；

如在代码中定义List<Object>和List<String>等类型，在编译后都会变成List，JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM是看不到的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法预知在运行时刻出现的类型转换异常的情况；

擦除范型后只保留原始类型

原始类型 就是擦除去了泛型信息，最后在字节码中的类型变量的真正类型，无论何时定义一个泛型，相应的原始类型都会被自动提供，类型变量擦除，并使用其限定类型（无限定的变量用Object）替换。

List<String> list1 = new ArrayList<>();
list1.add("abc");

List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.add(123);

System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass()); // true
System.out.println(list1.getClass()); // class java.util.ArrayList

说明泛型类型String和Integer都被擦除掉了，只剩下原始类型List;

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

list.add(1);  //这样调用 add 方法只能存储整形，因为泛型类型的实例为 Integer
list.add("asd"); // 此处报错

list.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(list, "asd"); // 通过反射获取实例后可以添加成功

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

在程序中定义了一个ArrayList泛型类型实例化为Integer对象，如果直接调用add()方法，那么只能存储整数数据，不过当我们利用反射调用add()方法的时候，却可以存储字符串，这说明了Integer泛型实例在编译之后被擦除掉了，只保留了原始类型。

参考资料：

https://www.cnblogs.com/wuqinglong/p/9456193.html

https://blog.csdn.net/caihuangshi/article/details/51278793

https://www.cnblogs.com/iyangyuan/archive/2013/04/09/3011274.html

https://blog.csdn.net/caihuangshi/article/details/51278793