一文吃透泛型

淩亂°似流年 2023-09-25 23:33 139阅读 0赞

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Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许开发者在编译时检测到非法的类型。

泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

### 泛型带来的好处 ###

在没有泛型的情况的下，通过对类型 Object 的引用来实现参数的“任意化”，“任意化”带来的缺点是要做显式的强制类型转换，而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况，编译器可能不提示错误，在运行的时候才出现异常，这是本身就是一个安全隐患。

那么泛型的好处就是在编译的时候能够检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的。

public class GlmapperGeneric<T> {
      private T t;
        public void set(T t) { this.t = t; }
        public T get() { return t; }
    
        public static void main(String[] args) {
            // do nothing
        }
    
      /**
        * 不指定类型
        */
      public void noSpecifyType(){
        GlmapperGeneric glmapperGeneric = new GlmapperGeneric();
        glmapperGeneric.set("test");
        // 需要强制类型转换
        String test = (String) glmapperGeneric.get();
        System.out.println(test);
      }
    
      /**
        * 指定类型
        */
      public void specifyType(){
        GlmapperGeneric<String> glmapperGeneric = new GlmapperGeneric();
        glmapperGeneric.set("test");
        // 不需要强制类型转换
        String test = glmapperGeneric.get();
        System.out.println(test);
      }
    }

上面这段代码中的 specifyType 方法中 省去了强制转换，可以在编译时候检查类型安全，可以用在类，方法，接口上。

### 泛型中通配符 ###

我们在定义泛型类，泛型方法，泛型接口的时候经常会碰见很多不同的通配符，比如 T，E，K，V 等等，这些通配符又都是什么意思呢？

#### 常用的 T，E，K，V，？ ####

本质上这些个都是通配符，没啥区别，只不过是编码时的一种约定俗成的东西。比如上述代码中的 T ，我们可以换成 A-Z 之间的任何一个 字母都可以，并不会影响程序的正常运行，但是如果换成其他的字母代替 T ，在可读性上可能会弱一些。**通常情况下，T，E，K，V，？是这样约定的：**

*  ？表示不确定的 java 类型
 *  T (type) 表示具体的一个java类型
 *  K V (key value) 分别代表java键值中的Key Value
 *  E (element) 代表Element

#### ？无界通配符 ####

先从一个小例子看起。[最全面的Java面试网站][Java]

我有一个父类 Animal 和几个子类，如狗、猫等，现在我需要一个动物的列表，我的第一个想法是像这样的：

List<Animal> listAnimals

但是老板的想法确实这样的：

List<? extends Animal> listAnimals

为什么要使用通配符而不是简单的泛型呢？通配符其实在声明局部变量时是没有什么意义的，但是当你为一个方法声明一个参数时，它是非常重要的。

static int countLegs (List<? extends Animal > animals ) {
        int retVal = 0;
        for ( Animal animal : animals )
        {
            retVal += animal.countLegs();
        }
        return retVal;
    }
    
    static int countLegs1 (List< Animal > animals ){
        int retVal = 0;
        for ( Animal animal : animals )
        {
            retVal += animal.countLegs();
        }
        return retVal;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
      // 不会报错
        countLegs( dogs );
     // 报错
        countLegs1(dogs);
    }

当调用 countLegs1 时，就会飘红，提示的错误信息如下：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fFwwsbYB-1681261463087)(http://img.topjavaer.cn/img/泛型1.png)\]

所以，对于不确定或者不关心实际要操作的类型，可以使用无限制通配符（尖括号里一个问号，即 <?> ），表示可以持有任何类型。像 countLegs 方法中，限定了上界，但是不关心具体类型是什么，所以对于传入的 Animal 的所有子类都可以支持，并且不会报错。而 countLegs1 就不行。

#### 上界通配符 < ? extends E> ####

> 上界：用 extends 关键字声明，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的子类。

在类型参数中使用 extends 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的子类，这样有两个好处：

*  如果传入的类型不是 E 或者 E 的子类，编译不成功
 *  泛型中可以使用 E 的方法，要不然还得强转成 E 才能使用

private <K extends A, E extends B> E test(K arg1, E arg2){
        E result = arg2;
        arg2.compareTo(arg1);
        //.....
        return result;
    }

> 类型参数列表中如果有多个类型参数上限，用逗号分开

#### 下界通配符 < ? super E> ####

> 下界: 用 super 进行声明，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的父类型，直至 Object

在类型参数中使用 super 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的父类。

private <T> void test(List<? super T> dst, List<T> src){
        for (T t : src) {
            dst.add(t);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
        List<Animal> animals = new ArrayList<>();
        new Test3().test(animals,dogs);
    }
    // Dog 是 Animal 的子类
    class Dog extends Animal {
    
    }

dst 类型 “大于等于” src 的类型，这里的“大于等于”是指 dst 表示的范围比 src 要大，因此装得下 dst 的容器也就能装 src 。

#### ？和 T 的区别 ####

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GreP1Mab-1681261463089)(http://img.topjavaer.cn/img/泛型2.png)\]

？和 T 都表示不确定的类型，区别在于我们可以对 T 进行操作，但是对 ？不行，比如如下这种 ：

// 可以
    T t = operate();
    
    // 不可以
    ？car = operate();

简单总结下：

T 是一个 确定的 类型，通常用于泛型类和泛型方法的定义，？是一个 不确定 的类型，通常用于泛型方法的调用代码和形参，不能用于定义类和泛型方法。

##### 区别1：通过 T 来 确保 泛型参数的一致性 #####

// 通过 T 来 确保 泛型参数的一致性
    public <T extends Number> void
    test(List<T> dest, List<T> src)
    
    //通配符是 不确定的，所以这个方法不能保证两个 List 具有相同的元素类型
    public void
    test(List<? extends Number> dest, List<? extends Number> src)

像下面的代码中，约定的 T 是 Number 的子类才可以，但是申明时是用的 String ，所以就会飘红报错。

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xI6U1XKC-1681261463090)(http://img.topjavaer.cn/img/泛型3.png)\]

不能保证两个 List 具有相同的元素类型的情况

GlmapperGeneric<String> glmapperGeneric = new GlmapperGeneric<>();
    List<String> dest = new ArrayList<>();
    List<Number> src = new ArrayList<>();
    glmapperGeneric.testNon(dest,src);

上面的代码在编译器并不会报错，但是当进入到 testNon 方法内部操作时（比如赋值），对于 dest 和 src 而言，就还是需要进行类型转换。

##### 区别2：类型参数可以多重限定而通配符不行 #####

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HGFNwmaj-1681261463093)(http://img.topjavaer.cn/img/泛型4.png)\]

使用 & 符号设定多重边界（Multi Bounds)，指定泛型类型 T 必须是 MultiLimitInterfaceA 和 MultiLimitInterfaceB 的共有子类型，此时变量 t 就具有了所有限定的方法和属性。对于通配符来说，因为它不是一个确定的类型，所以不能进行多重限定。

##### 区别3：通配符可以使用超类限定而类型参数不行 #####

类型参数 T 只具有 一种 类型限定方式：

T extends A

但是通配符 ? 可以进行 两种限定：

? extends A
    ? super A

### `Class<T>`和 `Class<?>`区别 ###

前面介绍了 ？和 T 的区别，那么对于，`Class<T>`和 `<Class<?>`又有什么区别呢？`Class<T>`和 `Class<?>`

最常见的是在反射场景下的使用，这里以用一段发射的代码来说明下。

// 通过反射的方式生成  multiLimit
    // 对象，这里比较明显的是，我们需要使用强制类型转换
    MultiLimit multiLimit = (MultiLimit)
    Class.forName("com.glmapper.bridge.boot.generic.MultiLimit").newInstance();

对于上述代码，在运行期，如果反射的类型不是 MultiLimit 类，那么一定会报 java.lang.ClassCastException 错误。

对于这种情况，则可以使用下面的代码来代替，使得在在编译期就能直接 检查到类型的问题：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ftHVpnzl-1681261463096)(http://img.topjavaer.cn/img/泛型5.png)\]

`Class<T>`在实例化的时候，T 要替换成具体类。`Class<?>`它是个通配泛型，? 可以代表任何类型，所以主要用于声明时的限制情况。比如，我们可以这样做申明：

// 可以
    public Class<?> clazz;
    // 不可以，因为 T 需要指定类型
    public Class<T> clazzT;

所以当不知道定声明什么类型的 Class 的时候可以定义一 个Class<?>。

public class Test3 {
        
        public Class<?> clazz;
        public Class<T> clazzT;
    }

那如果也想 `public Class<T> clazzT;`这样的话，就必须让当前的类也指定 T ，

public class Test3<T> {
        
        public Class<?> clazz;
        // 不会报错
        public Class<T> clazzT;
    }

### 小结 ###

本文零碎整理了下 JAVA 泛型中的一些点，不是很全，仅供参考。如果文中有不当的地方，欢迎指正。

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