详细讲解Java的泛型
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:
publicclassDemo{ publicstaticvoidmain(String[]args){ Pointp=newPoint(); p.setX(10);//int->Integer->Object p.setY(20); intx=(Integer)p.getX();//必须向下转型 inty=(Integer)p.getY(); System.out.println("Thispointis:"+x+","+y); p.setX(25.4);//double->Integer->Object p.setY("东京180度"); doublem=(Double)p.getX();//必须向下转型 doublen=(Double)p.getY();//运行期间抛出异常 System.out.println("Thispointis:"+m+","+n); } } classPoint{ Objectx=0; Objecty=0; publicObjectgetX(){ returnx; } publicvoidsetX(Objectx){ this.x=x; } publicObjectgetY(){ returny; } publicvoidsetY(Objecty){ this.y=y; } }
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(JavaClass),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:
publicclassDemo{ publicstaticvoidmain(String[]args){ //实例化泛型类 Point<Integer,Integer>p1=newPoint<Integer,Integer>(); p1.setX(10); p1.setY(20); intx=p1.getX(); inty=p1.getY(); System.out.println("Thispointis:"+x+","+y); Point<Double,String>p2=newPoint<Double,String>(); p2.setX(25.4); p2.setY("东京180度"); doublem=p2.getX(); Stringn=p2.getY(); System.out.println("Thispointis:"+m+","+n); } } //定义泛型类 classPoint<T1,T2>{ T1x; T2y; publicT1getX(){ returnx; } publicvoidsetX(T1x){ this.x=x; } publicT2getY(){ returny; } publicvoidsetY(T2y){ this.y=y; } }
运行结果:
Thispointis:10,20 Thispointis: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(intx,doubley),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:
classNamevariable<dataType1,dataType2>=newclassName<dataType1,dataType2>();
也可以省略等号右边的数据类型,但是会产生警告,即:
classNamevariable<dataType1,dataType2>=newclassName();
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Java1.5的新增特性,它以C++模板为参照,本质是参数化类型(ParameterizedType)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:
publicclassDemo{ publicstaticvoidmain(String[]args){ //实例化泛型类 Point<Integer,Integer>p1=newPoint<Integer,Integer>(); p1.setX(10); p1.setY(20); p1.printPoint(p1.getX(),p1.getY()); Point<Double,String>p2=newPoint<Double,String>(); p2.setX(25.4); p2.setY("东京180度"); p2.printPoint(p2.getX(),p2.getY()); } } //定义泛型类 classPoint<T1,T2>{ T1x; T2y; publicT1getX(){ returnx; } publicvoidsetX(T1x){ this.x=x; } publicT2getY(){ returny; } publicvoidsetY(T2y){ this.y=y; } //定义泛型方法 public<T1,T2>voidprintPoint(T1x,T2y){ T1m=x; T2n=y; System.out.println("Thispointis:"+m+","+n); } }
运行结果:
Thispointis:10,20 Thispointis: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:
publicstatic<V1,V2>voidprintPoint(V1x,V2y){ V1m=x; V2n=y; System.out.println("Thispointis:"+m+","+n); }
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:
publicclassDemo{ publicstaticvoidmain(Stringarsg[]){ Info<String>obj=newInfoImp<String>("www.weixueyuan.net"); System.out.println("LengthOfString:"+obj.getVar().length()); } } //定义泛型接口 interfaceInfo<T>{ publicTgetVar(); } //实现接口 classInfoImp<T>implementsInfo<T>{ privateTvar; //定义泛型构造方法 publicInfoImp(Tvar){ this.setVar(var); } publicvoidsetVar(Tvar){ this.var=var; } publicTgetVar(){ returnthis.var; } }
运行结果:
LengthOfString: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:
publicclassDemo{ publicstaticvoidmain(String[]args){ Pointp=newPoint();//类型擦除 p.setX(10); p.setY(20.8); intx=(Integer)p.getX();//向下转型 doubley=(Double)p.getY(); System.out.println("Thispointis:"+x+","+y); } } classPoint<T1,T2>{ T1x; T2y; publicT1getX(){ returnx; } publicvoidsetX(T1x){ this.x=x; } publicT2getY(){ returny; } publicvoidsetY(T2y){ this.y=y; } }
运行结果:
Thispointis: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:
public<T>TgetMax(Tarray[]){ Tmax=null; for(Telement:array){ max=element.doubleValue()>max.doubleValue()?element:max; } returnmax; }
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:
public<TextendsNumber>TgetMax(Tarray[]){ Tmax=null; for(Telement:array){ max=element.doubleValue()>max.doubleValue()?element:max; } returnmax; }
<TextendsNumber>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。
类型参数的范围
在泛型中,如果不对类型参数加以限制,它就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数组等)中的最大值:
public<T>TgetMax(Tarray[]){ Tmax=null; for(Telement:array){ max=element.doubleValue()>max.doubleValue()?element:max; } returnmax; }
上面的代码会报错,doubleValue()是Number类及其子类的方法,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的上限,改进上面的代码:
public<TextendsNumber>TgetMax(Tarray[]){ Tmax=null; for(Telement:array){ max=element.doubleValue()>max.doubleValue()?element:max; } returnmax; }
<TextendsNumber>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。如果是类,只能有一个;但是接口可以有多个,并以“&”分隔,例如<TextendsInterface1&Interface2>。
这里的extends关键字已不再是继承的含义了,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。