201871010111-刘佳华《面向对象程序设计（java）》第十一周学习总结

201871010111-刘佳华《面向对象程序设计（java）》第十一周学习总结

实验九  泛型程序设计技术

实验时间 2019-11-8

1、实验目的与要求

(1) 理解泛型概念；

(2) 掌握泛型类的定义与使用；

(3) 了解泛型方法的声明与使用；

(4) 掌握泛型接口的定义与实现；

(5) 理解泛型程序设计，理解其用途

第一部分：理论知识总结

1、泛型程序设计概念

• JDK 5.0 中增加的泛型类型，是Java 语言中类型安全的一次重要改进。
• 泛型：也称参数化类型(parameterized type)，就是在定义类、接口和方法时，通过类型参数指示将要处理的对象类型。（如ArrayList类）　
• 泛型程序设计（Generic programming）：编写代码可以被很多不同类型的对象所重用。

2、泛型类的声明及实例化的方法

• 一个泛型类（generic class）就是具有一个或多个类型变量的类，即创建用类型作为参数的类。
• 如一个泛型类定义格式如下：class Generics＜K,V＞其中的K和V是类中的可变类型参数。
• Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号（<>）括起来，并放在类名的后面。
• 泛型类可以有多个类型变量。例如:public class Pair<T, U> { … }
• 类定义中的类型变量用于指定方法的返回类型以及域、局部变量的类型。
• 泛型类的约束与局限性:

1. 不能用基本类型实例化类型参数
2. 运行时类型查询只适用于原始类型
3. 不能抛出也不能捕获泛型类实例
4. 参数化类型的数组不合法
5. 不能实例化类型变量
6. 泛型类的静态上下文中类型变量无效
7. 注意擦除后的冲突

3、泛型方法的定义

• 泛型方法：除了泛型类外，还可以只单独定义一个方法作为泛型方法，用于指定方法参数或者返回值为泛型类型，留待方法调用时确定。
• 泛型方法可以声明在泛型类中，也可以声明在普通类中。

public class ArrayTool {
     public static<T> void insert(T[] e, int p)
     {
          //请自己添加代码
    }
 public static<T> T valueAt(T[] e , int p)
     {
          //请自己添加代码
      }
}

4、泛型接口的定义

public interfance IPool<T>
{
       T get();
       int add(T t);
}

泛型变量的限定：

1.定义泛型变量的上界

extends关键字所声明的上界既可以是一个类，也可以是一个接口

2.定义泛型变量的下界

– 通过使用super关键字可以固定泛型参数的类型为某种类型或者其超类

– 当程序希望为一个方法的参数限定类型时，通常可以使用下限通配符

泛型类的约束与局限性（*）

不能用基本类型实例化类型参数

运行时类型查询只适用于原始类型

不能抛出也不能捕获泛型类实例

参数化类型的数组不合法

不能实例化类型变量

泛型类的静态上下文中类型变量无效注意擦除后的

泛型类型的继承规则（*）

Java中的数组是协变的（covariant）。

通配符类型

通配符

– “？”符号表明参数的类型可以是任何一种类型，它和参数T的含义是有区别的。T表示一种未知类型，而“？”表示任何一种类型。这种通配符一般有以下三种用法：

– 单独的？，用于表示任何类型。

– ? extends type，表示带有上界。

– ? super type，表示带有下界。

第二部分：实验内容和步骤

实验1： 导入第8章示例程序，测试程序并进行代码注释。

测试程序1：

l 编辑、调试、运行教材311、312页代码，结合程序运行结果理解程序；

l 在泛型类定义及使用代码处添加注释；

l 掌握泛型类的定义及使用。

代码如下：

 package pair1;

 /**
  * @version 1.00 2004-05-10
  * @author Cay Horstmann
  */
 public class Pair<T> //用户自定义泛型pair类
 {
    private T first;
    private T second;

    public Pair() { first = null; second = null; }
    public Pair(T first, T second) { this.first = first;  this.second = second; }

    public T getFirst() { return first; }
    public T getSecond() { return second; }

    public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
    public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
 }

Pair

 package pair1;

 /**
  * @version 1.01 2012-01-26
  * @author Cay Horstmann
  */
 public class PairTest1
 {
    public static void main(String[] args)
    {
       String[] words = { "Mary", "had", "a", "little", "lamb" };
       Pair<String> mm = ArrayAlg.minmax(words);
       System.out.println("min = " + mm.getFirst());
       System.out.println("max = " + mm.getSecond());
    }
 }

 class ArrayAlg
 {
    /**
     * Gets the minimum and maximum of an array of strings.
     * @param a an array of strings
     * @return a pair with the min and max values, or null if a is null or empty
     */
    public static Pair<String> minmax(String[] a)//获取字符串数组的最小值和最大值。
    {
       if (a == null || a.length == 0) return null;
       String min = a[0];
       String max = a[0];
       for (int i = 1; i < a.length; i++)
       {
          if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i];
          if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i];
       }
       return new Pair<>(min, max);// 具有最小值和最大值的对，如果a为null或空，则为null
    }
 }

PairTest1

运行结果：

• Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号（<>）括起来，并放在类名的后面。泛型类可以有多个类型变量。例如，可以定义Pair类，其中第一个域和第二个域使用不同的类型：
• public class Pair<T,U> {......}　
• 类定义中的类型变量指定方法的返回类型以及域和局部变量的类型。例如：private T first;  //uses the type variable
• 用具体的类型替换类型变量就可以实例化泛型类型，例如：Pair<String>　

测试程序2：

l 编辑、调试运行教材315页 PairTest2，结合程序运行结果理解程序；

l 在泛型程序设计代码处添加相关注释；

l 了解泛型方法、泛型变量限定的定义及用途。

 package pair2;

 /**
  * @version 1.00 2004-05-10
  * @author Cay Horstmann
  */
 public class Pair<T>
 {
    private T first;
    private T second;

    public Pair() { first = null; second = null; }
    public Pair(T first, T second) { this.first = first;  this.second = second; }

    public T getFirst() { return first; }
    public T getSecond() { return second; }

    public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
    public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
 }

Pair

 package pair2;

 import java.time.*;

 /**
  * @version 1.02 2015-06-21
  * @author Cay Horstmann
  */
 public class PairTest2
 {
    public static void main(String[] args)
    {
       LocalDate[] birthdays =
          {
             LocalDate.of(1906, 12, 9), // G. Hopper
             LocalDate.of(1815, 12, 10), // A. Lovelace
             LocalDate.of(1903, 12, 3), // J. von Neumann
             LocalDate.of(1910, 6, 22), // K. Zuse
          };
       Pair<LocalDate> mm = ArrayAlg.minmax(birthdays);//创建localdate类型的pair对象
       System.out.println("min = " + mm.getFirst());
       System.out.println("max = " + mm.getSecond());
    }
 }

 class ArrayAlg
 {
    /**
       Gets the minimum and maximum of an array of objects of type T.
       @param a an array of objects of type T
       @return a pair with the min and max values, or null if a is null or empty
    */
    public static <T extends Comparable> Pair<T> minmax(T[] a)//使用extends关键字，定义泛型变量的上界,调用Comparable接口
    {
       if (a == null || a.length == 0) return null;
       T min = a[0];
       T max = a[0];
       for (int i = 1; i < a.length; i++)
       {
          if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i];
          if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i];
       }
       return new Pair<>(min, max);
    }
 }

PairTest2

运行截图：

• 为了让不同方法可以操作不同类型，而且类型还不确定。那么可以将泛型定义在方法上。
• *extends E: 可以接收E类型或者E的子类型，上限。
• *super E: 可以接收E类型或者E的父类型，下限。

测试程序3：

l 用调试运行教材335页 PairTest3，结合程序运行结果理解程序；

了解通配符类型的定义及用途。

 package pair3;

 /**
  * @version 1.00 2004-05-10
  * @author Cay Horstmann
  */
 public class Pair<T>
 {
    private T first;
    private T second;

    public Pair() { first = null; second = null; }
    public Pair(T first, T second) { this.first = first;  this.second = second; }

    public T getFirst() { return first; }
    public T getSecond() { return second; }

    public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
    public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
 }

Pair

 package pair3;

 import java.time.*;

 public class Employee
 {
    private String name;
    private double salary;
    private LocalDate hireDay;

    public Employee(String name, double salary, int year, int month, int day)
    {
       this.name = name;
       this.salary = salary;
       hireDay = LocalDate.of(year, month, day);
    }

    public String getName()
    {
       return name;
    }

    public double getSalary()
    {
       return salary;
    }

    public LocalDate getHireDay()
    {
       return hireDay;
    }

    public void raiseSalary(double byPercent)
    {
       double raise = salary * byPercent / 100;
       salary += raise;
    }
 }

Employee

 package pair3;

 public class Manager extends Employee
 {
    private double bonus;

    /**
       @param name the employee's name
       @param salary the salary
       @param year the hire year
       @param month the hire month
       @param day the hire day
    */
    public Manager(String name, double salary, int year, int month, int day)
    {
       super(name, salary, year, month, day);
       bonus = 0;
    }

    public double getSalary()
    {
       double baseSalary = super.getSalary();
       return baseSalary + bonus;
    }

    public void setBonus(double b)
    {
       bonus = b;
    }

    public double getBonus()
    {
       return bonus;
    }
 }

Manager

 package pair3;

 /**
  * @version 1.01 2012-01-26
  * @author Cay Horstmann
  */
 public class PairTest3
 {
    public static void main(String[] args)
    {
       var ceo = new Manager("Gus Greedy", 800000, 2003, 12, 15);
       var cfo = new Manager("Sid Sneaky", 600000, 2003, 12, 15);
       var buddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo);
       printBuddies(buddies);

       ceo.setBonus(1000000);
       cfo.setBonus(500000);
       Manager[] managers = { ceo, cfo };

       var result = new Pair<Employee>();
       minmaxBonus(managers, result);
       System.out.println("first: " + result.getFirst().getName()
          + ", second: " + result.getSecond().getName());
       maxminBonus(managers, result);
       System.out.println("first: " + result.getFirst().getName()
          + ", second: " + result.getSecond().getName());
    }

    public static void printBuddies(Pair<? extends Employee> p)//? extends type，表示带有上界
    {
       Employee first = p.getFirst();
       Employee second = p.getSecond();
       System.out.println(first.getName() + " and " + second.getName() + " are buddies.");//"?"在这儿是通配符，符号表明参数的类型可以是任何一种类型，它和参数T的含义是有区别的
    }

    public static void minmaxBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result)
    {
       if (a.length == 0) return;
       Manager min = a[0];
       Manager max = a[0];
       for (int i = 1; i < a.length; i++)
       {
          if (min.getBonus() > a[i].getBonus()) min = a[i];
          if (max.getBonus() < a[i].getBonus()) max = a[i];
       }
       result.setFirst(min);
       result.setSecond(max);
    }
  //T表示一种未知类型，而“？”表示任何一种类型
    public static void maxminBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result)
    {
       minmaxBonus(a, result);
       PairAlg.swapHelper(result); // swapHelper捕获通配符类型
    }
    // 不能写公共静态<T超级管理器> ...
 }

 class PairAlg
 {
    public static boolean hasNulls(Pair<?> p)
    {
       return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null;
    }

    public static void swap(Pair<?> p) { swapHelper(p); }

    public static <T> void swapHelper(Pair<T> p)
    {
       T t = p.getFirst();
       p.setFirst(p.getSecond());
       p.setSecond(t);
    }
 }

PairTest3

运行结果：

• 为了表示各种泛型 List 的父类，可以使用类型通配符（？），将问号作为类型实参传给 List 集合，写作：List<?>（意思是元素类型未知的 List），此问号的元素类型可以匹配任何类型。

实验2：结对编程练习，将程序提交到PTA（2019面向对象程序设计基础知识测试题（2））

（1） 编写一个泛型接口GeneralStack，要求类中方法对任何引用类型数据都适用。GeneralStack接口中方法如下：

push(item);            //如item为null，则不入栈直接返回null。

pop();                 //出栈，如为栈为空，则返回null。

peek();                //获得栈顶元素，如为空，则返回null.

public boolean empty();//如为空返回true

public int size();     //返回栈中元素数量

（2）定义GeneralStack的子类ArrayListGeneralStack，要求：

ü 类内使用ArrayList对象存储堆栈数据，名为list；

ü 方法: public String toString()//代码为return list.toString();

ü 代码中不要出现类型不安全的强制转换。

（3）定义Car类，类的属性有：

private int id;

private String name;

方法：Eclipse自动生成setter/getter,toString方法。

（4）main方法要求

ü 输入选项，有quit, Integer, Double, Car 4个选项。如果输入quit，程序直接退出。否则，输入整数m与n。m代表入栈个数，n代表出栈个数。然后声明栈变量stack。

ü 输入Integer，打印Integer Test。建立可以存放Integer类型的ArrayListGeneralStack。入栈m次，出栈n次。打印栈的toString方法。最后将栈中剩余元素出栈并累加输出。

ü 输入Double ，打印Double Test。剩下的与输入Integer一样。

ü 输入Car，打印Car Test。其他操作与Integer、Double基本一样。只不过最后将栈中元素出栈，并将其name依次输出。

特别注意：如果栈为空，继续出栈，返回null

输入样例

Integer

5

2

1 2 3 4 5

Double

5

3

1.1 2.0 4.9 5.7 7.2

Car

3

2

1 Ford

2 Cherry

3 BYD

quit

输出样例

Integer Test

push:1

push:2

push:3

push:4

push:5

pop:5

pop:4

[1, 2, 3]

sum=6

interface GeneralStack

Double Test

push:1.1

push:2.0

push:4.9

push:5.7

push:7.2

pop:7.2

pop:5.7

pop:4.9

[1.1, 2.0]

sum=3.1

interface GeneralStack

Car Test

push:Car [id=1, name=Ford]

push:Car [id=2, name=Cherry]

push:Car [id=3, name=BYD]

pop:Car [id=3, name=BYD]

pop:Car [id=2, name=Cherry]

[Car [id=1, name=Ford]]

Ford

interface GeneralStack

代码如下：

 public interface GeneralStack<T> {
     public T push(T item);  //如item为null,则不入栈直接返回null
     public T pop();     //出栈,如为栈为空,则返回null。
     public T peek();   //获得栈顶元素，如为空，则返回null.
     public boolean empty();   //如为空返回true
     public int size();    //返回栈中元素数量
 }

GeneralStack

 public class ArrayListGeneralStack implements GeneralStack{
     ArrayList list =new ArrayList();

     public String toString(){
         return list.toString();
     }
     @Override
     public Object push(Object item) {
         // TODO Auto-generated method stub
         if (list.add(item)){
             return item;
         }else {
             return false;
         }
     }

     @Override
     public Object pop() {
         // TODO Auto-generated method stub
         if (list.size()==0){
             return null;
         }
         return list.remove(list.size()-1);
     }

     @Override
     public Object peek() {
         // TODO Auto-generated method stub
         return list.get(list.size()-1);
     }

     @Override
     public boolean empty() {
         // TODO Auto-generated method stub
         if (list.size()==0){
             return true;
         }else {
             return false;
         }
     }

     @Override
     public int size() {
         // TODO Auto-generated method stub
         return list.size();
     }

 }

ArrayListGeneralStack

 public class Car{
     private int id;
     private String name;
     public Car(int id, String name) {
         this.id = id;
         this.name = name;
     }
     @Override
     public String toString() {
         // TODO Auto-generated method stub
         return  "Car [" +"id=" + id +", name=" + name  +"]";
     }
     public int getId() {
         return id;
     }
     public void setId(int id) {
         this.id = id;
     }
     public String getName() {
         return name;
     }
     public void setName(String name) {
         this.name = name;
     }
 }

Car

 public class Test {
  public static void main(String args[] ) {
      Scanner S=new Scanner(System.in);
      while(true) {
          String sc=S.nextLine();
           if(sc.equals("quit")) {
              break;
              }
              else if(sc.equals("Integer")) {
              System.out.println("Integer Test");
              int count=S.nextInt();
              int pop_time=S.nextInt();
              ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
              for (int i=0;i<count;i++){
                  System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextInt()));
              }
              for (int i=0;i<pop_time;i++){
                  System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
              }
              System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
              int sum=0;
              int size=arrayListGeneralStack.size();
              for (int i=0;i<size;i++){
                  sum+=(int)arrayListGeneralStack.pop();
              }
              System.out.println("sum="+sum);
              System.out.println("interface GeneralStack");
          }
          else if (sc.equals("Double")) {
              System.out.println("Double Test");
              int count=S.nextInt();
              int pop_time=S.nextInt();
              ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
              for (int i=0;i<count;i++){
                  System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextDouble()));
              }
              for (int i=0;i<pop_time;i++){
                  System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
              }
              System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
              double sum=0;
              int size=arrayListGeneralStack.size();
              for (int i=0;i<size;i++){
                  sum+=(double)arrayListGeneralStack.pop();
              }
              System.out.println("sum="+sum);
              System.out.println("interface GeneralStack");
          }
          else if (sc.equals("Car")){
              System.out.println("Car Test");
              int count=S.nextInt();
              int pop_time=S.nextInt();
              ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
              for (int i=0;i<count;i++){
                  int id=S.nextInt();
                  String name=S.next();
                  Car car = new Car(id,name);
                  System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(car));
              }
              for (int i=0;i<pop_time;i++){
                  System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
              }
              System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
              if (arrayListGeneralStack.size()>0){
                  int size=arrayListGeneralStack.size();
                  for (int i=0;i<size;i++){
                      Car car=(Car) arrayListGeneralStack.pop();
                      System.out.println(car.getName());
                  }
              }
              System.out.println("interface GeneralStack");
          }

          }

   }
 }

Test

整体代码如下：

 package week11PartnerProgrem;

 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Scanner;

 interface GeneralStack<T> {
     public T push(T item);  //如item为null,则不入栈直接返回null
     public T pop();     //出栈,如为栈为空,则返回null。
     public T peek();   //获得栈顶元素，如为空，则返回null.
     public boolean empty();   //如为空返回true
     public int size();    //返回栈中元素数量
 }
 class ArrayListGeneralStack implements GeneralStack{
     ArrayList list =new ArrayList();

     public String toString(){
         return list.toString();
     }
     @Override
     public Object push(Object item) {
         // TODO Auto-generated method stub
         if (list.add(item)){
             return item;
         }else {
             return false;
         }
     }

     @Override
     public Object pop() {
         // TODO Auto-generated method stub
         if (list.size()==0){
             return null;
         }
         return list.remove(list.size()-1);
     }

     @Override
     public Object peek() {
         // TODO Auto-generated method stub
         return list.get(list.size()-1);
     }

     @Override
     public boolean empty() {
         // TODO Auto-generated method stub
         if (list.size()==0){
             return true;
         }else {
             return false;
         }
     }

     @Override
     public int size() {
         // TODO Auto-generated method stub
         return list.size();
     }

 }

 class Car{
     private int id;
     private String name;
     public Car(int id, String name) {
         this.id = id;
         this.name = name;
     }
     @Override
     public String toString() {
         // TODO Auto-generated method stub
         return  "Car [" +"id=" + id +", name=" + name  +"]";
     }
     public int getId() {
         return id;
     }
     public void setId(int id) {
         this.id = id;
     }
     public String getName() {
         return name;
     }
     public void setName(String name) {
         this.name = name;
     }
 }
 public class Test {
  public static void main(String args[] ) {
      Scanner S=new Scanner(System.in);
      while(true) {
          String sc=S.nextLine();
           if(sc.equals("quit")) {
              break;
              }
              else if(sc.equals("Integer")) {
              System.out.println("Integer Test");
              int count=S.nextInt();
              int pop_time=S.nextInt();
              ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
              for (int i=0;i<count;i++){
                  System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextInt()));
              }
              for (int i=0;i<pop_time;i++){
                  System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
              }
              System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
              int sum=0;
              int size=arrayListGeneralStack.size();
              for (int i=0;i<size;i++){
                  sum+=(int)arrayListGeneralStack.pop();
              }
              System.out.println("sum="+sum);
              System.out.println("interface GeneralStack");
          }
          else if (sc.equals("Double")) {
              System.out.println("Double Test");
              int count=S.nextInt();
              int pop_time=S.nextInt();
              ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
              for (int i=0;i<count;i++){
                  System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextDouble()));
              }
              for (int i=0;i<pop_time;i++){
                  System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
              }
              System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
              double sum=0;
              int size=arrayListGeneralStack.size();
              for (int i=0;i<size;i++){
                  sum+=(double)arrayListGeneralStack.pop();
              }
              System.out.println("sum="+sum);
              System.out.println("interface GeneralStack");
          }
          else if (sc.equals("Car")){
              System.out.println("Car Test");
              int count=S.nextInt();
              int pop_time=S.nextInt();
              ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
              for (int i=0;i<count;i++){
                  int id=S.nextInt();
                  String name=S.next();
                  Car car = new Car(id,name);
                  System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(car));
              }
              for (int i=0;i<pop_time;i++){
                  System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
              }
              System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
              if (arrayListGeneralStack.size()>0){
                  int size=arrayListGeneralStack.size();
                  for (int i=0;i<size;i++){
                      Car car=(Car) arrayListGeneralStack.pop();
                      System.out.println(car.getName());
                  }
              }
              System.out.println("interface GeneralStack");
          }

          }

   }
 }

Test

运行截图：

第三部分：

• 实验心得：

  本章我们学习了泛型程序设计技术，理解了泛型概念，掌握了泛型类的定义与使用和泛型方法的声明与使用。在验证实验中，通过对代码的解读，更好的学习了泛型程序<T>的使用，虽然不是很熟练，但还是做出来了，感觉依旧存在些小问题，在接下来的实验中要更好的解决。还有在自己编程时，还存在很大问题。在之后的学习中，我会多练习程序去了解这些知识。