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面试复习之—Java基础（十）:泛型

最近在准备面试，把知识点复习一遍，整理出的笔记记录下，里面会穿插代码和面试例题。

内容不是原创，是总结和收集，并在理解的基础上进行一些完善，如果侵权了请联系作者，若有错误也请各位指正。因为收集的时候忘记把来源记录下来了，所以就不po出处了，请见谅（这是个坏习惯，一定改）。

面试复习之—Java基础（十）:泛型

泛型

泛型概述
举例子
泛型特性
泛型的使用

泛型类
泛型接口
泛型通配符
泛型方法
泛型方法的基本用法
泛型类中的泛型方法
泛型方法与可变参数
静态方法与泛型

泛型上下边界
泛型与内部类
泛型数组
例题

这是面试复习内容的第十篇——泛型，主要是Java基础的内容，所有内容将分为几篇来写。

泛型

泛型概述

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。

泛型的术语是“适用于许多许多的类型”。其最初的目的是希望类或者方法能够具备广泛的表达能力。
Java泛型的核心概念是：告诉编译器想使用的类型，然后编译器就帮你处理一切细节。

那什么是参数化类型呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，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、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

举例子

用List来举例子，说明泛型是什么。

List arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("aaaa");
arrayList.add(100);

for(int i = 0; i< arrayList.size();i++){
    String item = (String)arrayList.get(i);
    Log.d("泛型测试","item = " + item);
}

毫无疑问，程序的运行结果会以崩溃结束：

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

ArrayList可以存放任意类型，例子中添加了一个String类型，添加了一个Integer类型，再使用时都以String的方式使用，因此程序崩溃了。为了解决类似这样的问题（在编译阶段就可以解决），泛型应运而生。

我们将第一行声明初始化list的代码更改一下，编译器会在编译阶段就能够帮我们发现类似这样的问题。

List<String> arrayList = new ArrayList<String>();
...
//arrayList.add(100); 在编译阶段，编译器就会报错

泛型特性

泛型只在编译阶段有效。看下面的代码：

List<String> stringArrayList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList<Integer>();

Class classStringArrayList = stringArrayList.getClass();
Class classIntegerArrayList = integerArrayList.getClass();

if(classStringArrayList.equals(classIntegerArrayList)){
    Log.d("泛型测试","类型相同");
}

输出结果：泛型测试: 类型相同。

通过上面的例子可以证明，在编译之后程序会采取去泛型化（擦除）的措施。也就是说Java中的泛型，只在编译阶段有效。在编译过程中，正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦除，并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换的方法。也就是说，泛型信息不会进入到运行时阶段。

总结：

泛型类型是编译阶段的规则限制，在逻辑上看以看成是多个不同的类型，经过擦除后在运行阶段时都是相同的基本类型。

泛型的使用

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口、泛型方法。

泛型类

泛型类型用于类的定义中，被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类，如：List、Set、Map。

在Java5之前没有泛型，为了可以让类可以持有多种类型的对象，则让类直接持有Object对象。如下代码：

Public class Holder{
	private Object o;
	public Holder(Object o){
		this.o = o;
	}
	public Object getHolder(){
		return o;
	}

	public static void main(String[] args){
		Holder h = new Holder(new String("a"));
		Holder h2 = new Holder(new Integer("1"));
		System.out.println(h.getHolder());
		System.out.println(h2.getHolder());
	}
}

在Holder类中，Object可以存储任何类型的对象。当有了泛型之后，可以这样写：

//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
//在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
Public class Holder<T>{
	private T t; //t这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定 
	public Holder(T t){//泛型构造方法形参t的类型也为T，T的类型由外部指定
		this.t = t;
	}
	public T getHolder(){
		return t;
	}
	public static void main(String[] args){
		//泛型的类型参数只能是类类型（包括自定义类），不能是简单类型
		//传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为String.
		Holder<String> h = new Holder<String>("a");
		System.out.println(h.getHolder());//输出String a

		//如果不传入泛型类型实参的话，在泛型类中使用泛型的方法或成员变量定义的类型可以为任何的类型。传入了泛型实参时泛型才起到限制作用
		Holder h1 = new Holder<String>("test");
		System.out.println(h1.getHolder());//输出String test
		Holder h2 = new Holder(100);
		System.out.println(h2.getHolder());//输出Integer 100
	}
}

总结：

泛型的类型参数只能是类类型（包括自定义类），不能是简单类型。
在使用泛型的时候如果传入泛型实参，则会根据传入的泛型实参做相应的限制，此时泛型才会起到本应起到的限制作用。如果不传入泛型类型实参的话，在泛型类中使用泛型的方法或成员变量定义的类型可以为任何的类型。
擦除的代价，就是泛型不能显示地引用运行时类型的操作之中，例如转型、instanceof操作、new表达式。因为关于参数的类型都丢失了。所以泛型只是逻辑上的类型，在编译期有效。

Public class Holder<T>{
	private T t; 
	Class<T> kind;
	public Holder(T t){
		this.t = t;
	}
	public void getHolder(Object o){
		if(o instanceof T){}//这样是写非法的，编译时会出错
		T age = new T();//这样是写非法的，编译时会出错
		T ts = (T)new Object[3];//这样是写非法的，编译时会出错
	}

	public Holder(Class<T> kind){
		this.kind = kind;
	}

	//如果引入了类型标签，就可以转而使用动态的isInstance()
	public boolean f(Object j){
		return kind.isInstance(j);
	}
	
}

泛型接口

泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同。泛型接口常被用在各种类的生成器（generator）中，这是一种专门负责创建对象的类。实际上没这事工厂方法设计模式的一种应用。不过生成器穿件新对象是，不需要任何参数，而工厂方法一般需要参数。

//定义一个泛型接口
public interface Generator<T> {
    public T next();
}

当实现泛型接口的类，未传入泛型实参时：

/**
 * 未传入泛型实参时，与泛型类的定义相同，在声明类的时候，需将泛型的声明也一起加到类中
 * 即：class FruitGenerator implements Generator{
 * 如果不声明泛型，如：class FruitGenerator implements Generator，编译器会报错："Unknown class"
 */
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

当实现泛型接口的类，传入泛型实参时：

/**
 * 传入泛型实参时：
 * 定义一个生产器实现这个接口,虽然我们只创建了一个泛型接口Generator
 * 但是我们可以为T传入无数个实参，形成无数种类型的Generator接口。
 * 在实现类实现泛型接口时，如已将泛型类型传入实参类型，则所有使用泛型的地方都要替换成传入的实参类型
 * 即：Generator，public T next();中的的T都要替换成传入的String类型。
 */
public class FruitGenerator implements Generator<String> {

    private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};

    @Override
    public String next() {
        Random rand = new Random();
        return fruits[rand.nextInt(3)];
    }
}

泛型通配符

我们知道Ingeter是Number的一个子类，根据擦除特性得知Generic与Generic实际上是相同的一种基本类型。那么问题来了，在使用Generic作为形参的方法中，能否使用Generic的实例传入呢？在逻辑上类似于Generic和Generic是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？

为了弄清楚这个问题，我们使用Generic这个泛型类继续看下面的例子：

public class Generic<T> {
    //key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定
    private T key;

    public Generic(T key) { //泛型构造方法形参key的类型也为T，T的类型由外部指定
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){ //泛型方法getKey的返回值类型为T，T的类型由外部指定
        return key;
    }

    public void showKeyValue(Generic<Number> obj){
        System.out.println("泛型测试 : key value is " + obj.getKey());
    }

    public static void main(String[] ages){
        Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
        gInteger.showKeyValue(gInteger);
    }
}

// showKeyValue这个方法编译器会为我们报错：
//Generic cannot be applied to Generic

通过提示信息我们可以看到Generic不能被看作为Generic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。

回到上面的例子，如何解决上面的问题？总不能为了定义一个新的方法来处理Generic类型的类，这显然与java中的多台理念相违背。因此我们需要一个在逻辑上可以表示同时是Generic和Generic父类的引用类型。由此类型通配符应运而生。

我们可以将上面的方法改一下：

 public void showKeyValue(Generic<?> obj){
        System.out.println("泛型测试 : key value is " + obj.getKey());
    }

类型通配符一般是使用？代替具体的类型实参，注意，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。

无界通配符表示是某种特定的类型，只是暂时没有指定是哪一种具体的类型。是无界通配符，表示的是某种特定的类型，在Java中表示的是一种未知的可通配的类型，是一种真实的类型。常常会误以为和Object一样，实际上是不一样的。

当具体类型不确定的时候，可以使用无界通配符。

泛型方法

在java中,泛型类的定义非常简单，但是泛型方法就比较复杂了。

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型。

泛型方法可以存在泛型类中，也可以存在普通类中，与该类是否是泛型类没有关联。

要定义泛型方法，只需将泛型参数列表置于返回值之前，如下：

public class GenericMethods{
	public <T> void f(T t){
		System.out.println(t.getClass().getName());
	}
	public static viod main(String[] args){
		GenericMethods method = new GenericMethods();
		method.f("test");//输出：java.lang.String
	}
}

泛型方法的基本用法

光看上面的例子可能会依然非常迷糊，我们再通过一个例子，把泛型方法再总结一下。

public class GenericTest {
   //这个类是个泛型类，在上面已经介绍过
   public class Generic<T>{     
        private T key;

        public Generic(T key) {
            this.key = key;
        }

    /** 
     * 这才是一个真正的泛型方法。
     * 首先在public与返回值之间的必不可少，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.
     * 泛型的数量也可以为任意多个 
     *    如：public  K showKeyName(Generic container){
     *        ...
     *        }
     */
    public <T> T showKeyName(Generic<T> container){
        System.out.println("container key :" + container.getKey());
        //当然这个例子举的不太合适，只是为了说明泛型方法的特性。
        T test = container.getKey();
        return test;
    }

		//这个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 T getKey(){
            return key;
        }
        
    //这也不是一个泛型方法，这就是一个普通的方法，只是使用了Generic这个泛型类做形参而已。
    public void showKeyValue1(Generic<Number> obj){
        Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
    }

    //这也不是一个泛型方法，这也是一个普通的方法，只不过使用了泛型通配符?
    //同时这也印证了泛型通配符章节所描述的，?是一种类型实参，可以看做为Number等所有类的父类
    public void showKeyValue2(Generic<?> obj){
        Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
    }

}

泛型类中的泛型方法

有一种情况是非常特殊的，当泛型方法出现在泛型类中时，我们再通过一个例子看一下：

public class GenericFruit {
    class Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "fruit";
        }
    }

    class Apple extends Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "apple";
        }
    }

    class Person{
        @Override
        public String toString() {
            return "Person";
        }
    }

    class GenerateTest<T>{
        public void show_1(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型E，这种泛型E可以为任意类型。可以类型与T相同，也可以不同。
        //由于泛型方法在声明的时候会声明泛型，因此即使在泛型类中并未声明泛型，编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
        public <E> void show_3(E t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型T，注意这个T是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
        public <T> void show_2(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple();
        Person person = new Person();

        GenerateTest<Fruit> generateTest = new GenerateTest<Fruit>();
        //apple是Fruit的子类，所以这里可以
        generateTest.show_1(apple);
        //编译器会报错，因为泛型类型实参指定的是Fruit，而传入的实参类是Person
        //generateTest.show_1(person);

        //使用这两个方法都可以成功
        generateTest.show_2(apple);
        generateTest.show_2(person);

        //使用这两个方法也都可以成功
        generateTest.show_3(apple);
        generateTest.show_3(person);
    }
}

泛型方法与可变参数

泛型方法和可变参数可以很好的共存，再看一个泛型方法和可变参数的例子：

public class GenericVarargs{
	public static <T> List<t> makeList(T... args){
		List<T> result = new ArrayList<T>();
		for(T item : args){
			result.add(item);
		}
		return result;
	}
	public static void main(String[] ages){
		List<String> li = makeList("A","B","C");
		System.out.println(li);//输出：[A,B,C]
	}
}

静态方法与泛型

静态方法有一种情况需要注意一下，那就是在类中的静态方法使用泛型：静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候，必须要将泛型定义在方法上。

即：如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法 。

public class StaticGenerator<T> {
    ....
    ....
    /**
     * 如果在类中定义使用泛型的静态方法，需要添加额外的泛型声明（将这个方法定义成泛型方法）
     * 即使静态方法要使用泛型类中已经声明过的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此时编译器会提示错误信息：
          "StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){

    }
}

泛型上下边界

因为泛型会因为擦除特性移除了类信息，无界通配符只能用于那些可以用Object调用的方法，而无法调用其子集。

为了解决这种限制，Java泛型重用了extends和super关键字，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。

//表示类型的上界，表示参数化类型的可能是T 或是 T的子类;
<? extends T>

//表示类型下界（Java中叫超类型限定），表示参数化类型是 T 的超类型（父类型），直至Object
<? super T>

public void showKeyValue1(Generic<? extends Number> obj){
    Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
}

Generic<String> generic1 = new Generic<String>("11111");
Generic<Integer> generic2 = new Generic<Integer>(2222);

//这一行代码编译器会提示错误，因为String类型并不是Number类型的子类
//showKeyValue1(generic1);
showKeyValue1(generic2);//Integer是Number类型的子类

再来一个泛型方法的例子：

//在泛型方法中添加上下边界限制的时候，必须在权限声明与返回值之间的上添加上下边界，即在泛型声明的时候添加
//public  T showKeyName(Generic container)，编译器会报错："Unexpected bound"
public <T extends Number> T showKeyName(Generic<T> container){
    System.out.println("container key :" + container.getKey());
    T test = container.getKey();
    return test;
}

泛型与内部类

泛型还可以用于内部类和匿名内部类中。例子如下：

class Customer{
	private Customer(){}
	public static Generator<Customer> generator(){
		return new Generator<Customer>{
			@Override
			public Customer next(){return new Customer();}
		}
	}
	public static void main(String[] args){
		Generator<Customer> gen = CountedObject.generate();
		System.out.println(gen.next());//Customer.Class
	} 
}

泛型数组

看到了很多文章中都会提起泛型数组，经过查看sun的说明文档，在java中是“不能创建一个确切的泛型类型的数组”的。

也就是说下面的这个例子是不可以的：

List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10];  

而使用通配符创建泛型数组是可以的，如下面这个例子：

List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10];  

这样也是可以的：

List<String>[] ls = new ArrayList[10];

下面使用Sun的一篇文档的一个例子来说明这个问题：

List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // Not really allowed.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Unsound, but passes run time store check    
String s = lsa[1].get(0); // Run-time error: ClassCastException.

这种情况下，由于JVM泛型的擦除机制，在运行时JVM是不知道泛型信息的，所以可以给oa[1]赋上一个ArrayList而不会出现异常，但是在取出数据的时候却要做一次类型转换，所以就会出现ClassCastException，如果可以进行泛型数组的声明，上面说的这种情况在编译期将不会出现任何的警告和错误，只有在运行时才会出错。

而对泛型数组的声明进行限制，对于这样的情况，可以在编译期提示代码有类型安全问题，比没有任何提示要强很多。

下面采用通配符的方式是被允许的:数组的类型不可以是类型变量，除非是采用通配符的方式，因为对于通配符的方式，最后取出数据是要做显式的类型转换的。

List<?>[] lsa = new List<?>[10]; // OK, array of unbounded wildcard type.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Correct.    
Integer i = (Integer) lsa[1].get(0); // OK

例题

1、Java中的泛型是什么 ? 使用泛型的好处是什么?

泛型其实就是在定义类、接口、方法的时候不局限地指定某一种特定类型，而让类、接口、方法的调用者来决定具体使用哪一种类型的参数。

泛型的好处：

泛型简单易用。
类型安全。泛型的主要目标是实现java的类型安全。
泛型可以使编译器知道一个对象的限定类型是什么，这样编译器就可以在一个高的程度上验证这个类型。
消除了强制类型转换，使得代码可读性好，减少了很多出错的机会。

总结：Java语言引入泛型的好处是安全简单，在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，提高代码的重用率。

2、Java的泛型是如何工作的 ? 什么是类型擦除 ?

泛型是通过类型擦除来实现的，Java通过泛型来规定了参数的类型，保证了代码的健壮性，编译器在编译时擦除了所有类型相关的信息，所以在运行时不存在任何类型相关的信息。

擦除：无法在运行时访问到类型参数，因为编译器已经把泛型类型转换成了原始类型。

3、什么是泛型中的限定通配符和非限定通配符 ?
和之间有什么区别？

限定通配符：有两种限定通配符，一种是它通过确保类型必须是T的子类来设定类型的上界，另一种是它通过确保类型必须是T的父类来设定类型的下界。泛型类型必须用限定内的类型来进行初始化，否则会导致编译错误。

//表示类型的上界，表示参数化类型的可能是T 或是 T的子类;
<? extends T>

//表示类型下界（Java中叫超类型限定），表示参数化类型是 T 的超类型（父类型），直至Object
<? super T>

非限定通配符：在泛型中常用T、K、V等字母，或者使用无界通配符来表示泛型类型，当使用者需要使用泛型时，由调用者来决定具体使用哪一种类型的参数。

4、可以把List传递给一个接受List

面试复习之—Java基础（十）:泛型

面试复习之—Java基础（十）:泛型

泛型

泛型概述

举例子

泛型特性

泛型的使用

泛型类

泛型接口

泛型通配符

泛型方法

泛型方法的基本用法

泛型类中的泛型方法

泛型方法与可变参数

静态方法与泛型

泛型上下边界

泛型与内部类

泛型数组

例题

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