一、泛型簡介

1.引入泛型的目的

了解引入泛型的動(dòng)機(jī)，就先從語法糖開始了解。

語法糖

語法糖（Syntactic Sugar），也稱糖衣語法，是由英國計(jì)算機(jī)學(xué)家Peter.J.Landin發(fā)明的一個(gè)術(shù)語，指在計(jì)算機(jī)語言中添加的某種語法，這種語法對語言的功能并沒有影響，但是更方便程序員使用。Java中最常用的語法糖主要有泛型、變長參數(shù)、條件編譯、自動(dòng)拆裝箱、內(nèi)部類等。虛擬機(jī)并不支持這些語法，它們在編譯階段就被還原回了簡單的基礎(chǔ)語法結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程成為解語法糖。

泛型的目的： Java 泛型就是把一種語法糖，通過泛型使得在編譯階段完成一些類型轉(zhuǎn)換的工作，避免在運(yùn)行時(shí)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換而出現(xiàn)ClassCastException，即類型轉(zhuǎn)換異常。

2.泛型初探

JDK 1.5 時(shí)才增加了泛型，并在很大程度上都是方便集合的使用，使其能夠記住其元素的數(shù)據(jù)類型。

在泛型（Generic type或Generics）出現(xiàn)之前，是這么寫代碼的：

public static void main(String[] args)
{
    List list = new ArrayList();
    list.add("123");
    list.add("456");
 
    System.out.println((String)list.get(0));
}

當(dāng)然這是完全允許的，因?yàn)長ist里面的內(nèi)容是Object類型的，自然任何對象類型都可以放入、都可以取出，但是這么寫會有兩個(gè)問題：

1、當(dāng)一個(gè)對象放入集合時(shí)，集合不會記住此對象的類型，當(dāng)再次從集合中取出此對象時(shí)，該對象的編譯類型變成了Object。

2、運(yùn)行時(shí)需要人為地強(qiáng)制轉(zhuǎn)換類型到具體目標(biāo)，實(shí)際的程序絕不會這么簡單，一個(gè)不小心就會出現(xiàn)java.lang.ClassCastException。

所以，泛型出現(xiàn)之后，上面的代碼就改成了大家都熟知的寫法：

public static void main(String[] args)
{
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("123");
    list.add("456");
 
    System.out.println(list.get(0));
}

這就是泛型。泛型是對Java語言類型系統(tǒng)的一種擴(kuò)展，有點(diǎn)類似于C++的模板，可以把類型參數(shù)看作是使用參數(shù)化類型時(shí)指定的類型的一個(gè)占位符。引入泛型，是對Java語言一個(gè)較大的功能增強(qiáng)，帶來了很多的好處。

3.泛型的好處

①類型安全。類型錯(cuò)誤現(xiàn)在在編譯期間就被捕獲到了，而不是在運(yùn)行時(shí)當(dāng)作java.lang.ClassCastException展示出來，將類型檢查從運(yùn)行時(shí)挪到編譯時(shí)有助于開發(fā)者更容易找到錯(cuò)誤，并提高程序的可靠性。

②消除了代碼中許多的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)了代碼的可讀性。

③為較大的優(yōu)化帶來了可能。

二、泛型的使用

1.泛型類和泛型接口

下面是JDK 1.5 以后，List接口，以及ArrayList類的代碼片段。

//定義接口時(shí)指定了一個(gè)類型形參，該形參名為E
public interface List<E> extends Collection<E> {
   //在該接口里，E可以作為類型使用
   public E get(int index) {}
   public void add(E e) {} 
}

//定義類時(shí)指定了一個(gè)類型形參，該形參名為E
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>{
   //在該類里，E可以作為類型使用
   public void set(E e) {
   .......................
   }
}

這就是泛型的實(shí)質(zhì)：允許在定義接口、類時(shí)聲明類型形參，類型形參在整個(gè)接口、類體內(nèi)可當(dāng)成類型使用，幾乎所有可使用普通類型的地方都可以使用這種類型形參。

下面具體講解泛型類的使用。泛型接口的使用與泛型類幾乎相同，可以比對自行學(xué)習(xí)。

泛型類

定義一個(gè)容器類，存放鍵值對key-value，鍵值對的類型不確定，可以使用泛型來定義，分別指定為K和V

public class Container<K, V> {

    private K key;
    private V value;

    public Container(K k, V v) {
        key = k;
        value = v;
    }

    public K getkey() {
        return key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }

    public void setKey() {
        this.key = key;
    }

    public void setValue() {
        this.value = value;
    }

}

在使用Container類時(shí)，只需要指定K，V的具體類型即可，從而創(chuàng)建出邏輯上不同的Container實(shí)例，用來存放不同的數(shù)據(jù)類型。

 public static void main(String[] args){
                  Container<String,String> c1=new Container<String ,String>("name","hello");
                  Container<String,Integer> c2=new Container<String,Integer>("age",22);
                  Container<Double,Double> c3=new Container<Double,Double>(1.1,1.3);
                  System.out.println(c1.getKey() + " : " + c1.getValue());      
                  System.out.println(c2.getKey() + " : " + c2.getValue());                                                               
                  System.out.println(c3.getKey() + " : " + c3.getValue());
        }

在JDK 1.7 增加了泛型的“菱形”語法：Java允許在構(gòu)造器后不需要帶完成的泛型信息，只要給出一對尖括號（<>）即可，Java可以推斷尖括號里應(yīng)該是什么泛型信息。
如下所示：

Container<String,String> c1=new Container<>("name","hello");
Container<String,Integer> c2=new Container<>("age",22);

泛型類派生子類

當(dāng)創(chuàng)建了帶泛型聲明的接口、父類之后，可以為該接口創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)類，或者從該父類派生子類，需要注意：使用這些接口、父類派生子類時(shí)不能再包含類型形參，需要傳入具體的類型。
錯(cuò)誤的方式：

public class A extends Container<K, V>{}

正確的方式：

public class A extends Container<Integer, String>{}

也可以不指定具體的類型，如下：

public class A extends Container{}

此時(shí)系統(tǒng)會把K,V形參當(dāng)成Object類型處理。

2.泛型的方法

前面在介紹泛型類和泛型接口中提到，可以在泛型類、泛型接口的方法中，把泛型中聲明的類型形參當(dāng)成普通類型使用。 如下面的方式：

public class Container<K, V> {
........................
    public K getkey() {
        return key;
    }
    public void setKey() {
        this.key = key;
    }
....................
}

但在另外一些情況下，在類、接口中沒有使用泛型時(shí)，定義方法時(shí)想定義類型形參，就會使用泛型方法。如下方式：

public class Main{
      public static <T> void out(T t){
                System.out.println(t);
      }
      public static void main(String[] args){
              out("hansheng");
              out(123);
      }
}

所謂泛型方法，就是在聲明方法時(shí)定義一個(gè)或多個(gè)類型形參。泛型方法的用法格式如下：

修飾符<T, S> 返回值類型 方法名（形參列表）
｛
方法體
 ｝

注意：方法聲明中定義的形參只能在該方法里使用，而接口、類聲明中定義的類型形參則可以在整個(gè)接口、類中使用。

class Demo{  
 public <T> T fun(T t){   // 可以接收任意類型的數(shù)據(jù)  
  return t ;     // 直接把參數(shù)返回  
 }  
};  
public class GenericsDemo26{  
 public static void main(String args[]){  
  Demo d = new Demo() ; // 實(shí)例化Demo對象  
  String str = d.fun("湯姆") ; // 傳遞字符串  
  int i = d.fun(30) ;  // 傳遞數(shù)字，自動(dòng)裝箱  
  System.out.println(str) ; // 輸出內(nèi)容  
  System.out.println(i) ;  // 輸出內(nèi)容  
 }  
};  

當(dāng)調(diào)用fun()方法時(shí)，根據(jù)傳入的實(shí)際對象，編譯器就會判斷出類型形參T所代表的實(shí)際類型。

3.泛型構(gòu)造器

正如泛型方法允許在方法簽名中聲明類型形參一樣，Java也允許在構(gòu)造器簽名中聲明類型形參，這樣就產(chǎn)生了所謂的泛型構(gòu)造器。
和使用普通泛型方法一樣沒區(qū)別，一種是顯式指定泛型參數(shù)，另一種是隱式推斷，如果是顯式指定則以顯式指定的類型參數(shù)為準(zhǔn)，如果傳入的參數(shù)的類型和指定的類型實(shí)參不符，將會編譯報(bào)錯(cuò)。

public class Person {
    public <T> Person(T t) {
        System.out.println(t);
    }

}

public static void main(String[] args){
        //隱式
        new Person(22);
        //顯示
        new<String>Person("hello");
    }

這里唯一需要特殊注明的就是，如果構(gòu)造器是泛型構(gòu)造器，同時(shí)該類也是一個(gè)泛型類的情況下應(yīng)該如何使用泛型構(gòu)造器：
因?yàn)榉盒蜆?gòu)造器可以顯式指定自己的類型參數(shù)（需要用到菱形，放在構(gòu)造器之前），而泛型類自己的類型實(shí)參也需要指定（菱形放在構(gòu)造器之后），這就同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)菱形了，這就會有一些小問題，具體用法再這里總結(jié)一下。
以下面這個(gè)例子為代表

public class Person<E> {
    public <T> Person(T t) {
        System.out.println(t);
    }

}

這種用法：Person<String> a = new <Integer>Person<>(15); 這種語法不允許，會直接編譯報(bào)錯(cuò)！

三、類型通配符

顧名思義就是匹配任意類型的類型實(shí)參。

類型通配符是一個(gè)問號（？)，將一個(gè)問號作為類型實(shí)參傳給List集合，寫作：List<?>（意思是元素類型未知的List）。這個(gè)問號（？）被成為通配符，它的元素類型可以匹配任何類型。

public void test(List<?> c){
        for(int i =0;i<c.size();i++){
            System.out.println(c.get(i));
        }
    }

現(xiàn)在可以傳入任何類型的List來調(diào)用test()方法，程序依然可以訪問集合c中的元素，其類型是Object。

List<?> c = new ArrayList<String>();
        //編譯器報(bào)錯(cuò)
        c.add(new Object());

但是并不能把元素加入到其中。因?yàn)槌绦驘o法確定c集合中元素的類型，所以不能向其添加對象。
下面就該引入帶限通配符，來確定集合元素中的類型。

帶限通配符

簡單來講，使用通配符的目的是來限制泛型的類型參數(shù)的類型，使其滿足某種條件，固定為某些類。

主要分為兩類即：上限通配符和下限通配符。

1.上限通配符

如果想限制使用泛型類別時(shí)，只能用某個(gè)特定類型或者是其子類型才能實(shí)例化該類型時(shí)，可以在定義類型時(shí)，使用extends關(guān)鍵字指定這個(gè)類型必須是繼承某個(gè)類，或者實(shí)現(xiàn)某個(gè)接口，也可以是這個(gè)類或接口本身。

它表示集合中的所有元素都是Shape類型或者其子類
List<? extends Shape>

這就是所謂的上限通配符，使用關(guān)鍵字extends來實(shí)現(xiàn)，實(shí)例化時(shí)，指定類型實(shí)參只能是extends后類型的子類或其本身。
例如：

//Circle是其子類
List<? extends Shape> list = new ArrayList<Circle>();

這樣就確定集合中元素的類型，雖然不確定具體的類型，但最起碼知道其父類。然后進(jìn)行其他操作。

2.下限通配符

如果想限制使用泛型類別時(shí)，只能用某個(gè)特定類型或者是其父類型才能實(shí)例化該類型時(shí)，可以在定義類型時(shí)，使用super關(guān)鍵字指定這個(gè)類型必須是是某個(gè)類的父類，或者是某個(gè)接口的父接口，也可以是這個(gè)類或接口本身。

它表示集合中的所有元素都是Circle類型或者其父類
List<? super Circle>

這就是所謂的下限通配符，使用關(guān)鍵字super來實(shí)現(xiàn)，實(shí)例化時(shí)，指定類型實(shí)參只能是extends后類型的子類或其本身。
例如：

//Shape是其父類
List<? super Circle> list = new ArrayList<Shape>();

四、類型擦除

Class c1=new ArrayList<Integer>().getClass();
Class c2=new ArrayList<String>().getClass();
System.out.println(c1==c2);

程序輸出：

true。

這是因?yàn)椴还転榉盒偷念愋托螀魅肽囊环N類型實(shí)參，對于Java來說，它們依然被當(dāng)成同一類處理，在內(nèi)存中也只占用一塊內(nèi)存空間。從Java泛型這一概念提出的目的來看，其只是作用于代碼編譯階段，在編譯過程中，對于正確檢驗(yàn)泛型結(jié)果后，會將泛型的相關(guān)信息擦出，也就是說，成功編譯過后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不會進(jìn)入到運(yùn)行時(shí)階段。

在靜態(tài)方法、靜態(tài)初始化塊或者靜態(tài)變量的聲明和初始化中不允許使用類型形參。由于系統(tǒng)中并不會真正生成泛型類，所以instanceof運(yùn)算符后不能使用泛型類。