Java 泛型

一、泛型简介

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，该机制允许程序员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。下面给一个 Java 泛型的简单例子：

public static  void printArray(E[] inputArray){ // 这里的 E 可代表任意类型
    for (E element: inputArray){ // 输出数组中的元素，无论是什么类型
        System.out.println(element);
    }
}

不仅仅在 Java 中有泛型的概念，在 C++ 中也有类似的概念，叫做模板。当然，一般来说只有静态语言才说有类似于泛型的语法，其实不然，对于动态语言也有类似的语法，但用途不太相同，如 Python3.12 中的新类型提示语法，类型形参语法，就有点像仿 Java 泛型语法而成的类型提示语法。

下面给几个例子以进行对比学习：

C++ 模板编程

template  // 这里的 T 与 Java 泛型中的 T 类似  
void swap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// C++ 的“泛型”有其独特性，语法与 Java 相比不太一样，毕竟 C++ 中这称之为模板

Python 类型形参语法

def print_array[T](array: list[T]) -> None:  # 此处的 T 只是为了类型提示，无实际功能，可认为是特殊的注释
    """ Type Parameter Syntax """
    print(*array)

# Java 用的是尖括号（"<>"）表示，而 Python 则是用方括号（"[]"）表示

二、泛型语法

所有的泛型声明都是一对尖括号（"<>"）加上泛型标记符以及范围限定的关键字，多个标记符之间用逗号隔开。

2.1 泛型标记符

Java 的泛型标记符都是约定俗成的，没有说强制某一种泛型标记符表示什么含义，只是按照约定俗成的来可以让其他人更容易理解你的代码。

下面是一些常见的泛型标记符：

标记符	约定全称	描述
E	Element	在集合中使用，因为集合中的都是元素（element）
T	Type	表示任意 Java 的引用类型
K	Key	在字典中使用，表示键（key）
V	Value	在字典中使用，表示值（value）
N	Number	表示数字（number）类型
U	Unbounded	无限制类型通配符，常用于泛型方法和泛型类的定义中
?	?	无限制类型通配符，常用于泛型方法的返回类型声明和方法参数中

另外，这里强调一点，上面的常用标记符只是约定俗成的，标记符并没有强制只能是一个字符，多个字符也是可以的，比如 abc，不过标记符还是要满足类型的写法，毕竟其本质也只是表示类型而已，因此一般使用大写开头。

下面是一个简单的示例：

public static  void print(K key, V value){ // 这里举的例子是：泛型方法参数
    System.out.println(key + " : " + value);
}

当然，System.out.println 本身就可以打印很多类型的对象，这里只是举个例子，来介绍泛型的用法。

2.2 限定泛型的范围

在泛型的声明中可以使用 extends 和 super 关键字来限定泛型的范围，使其更符合我们预期的要求，含义与平时使用时略有差异， 下面列出一个表格以体现具体的差异：

关键字（限定词）	使用方法	描述
extends		限定泛型 T 的上界，即 T 必须是类 someType 的子类
super		限定泛型 T 的下界，即 T 必须是类 someType 的父类

特别说明，上表中 someType 可以是类（class），也可以是接口（interface）。

下面给出一些具体的示例来详细地说明它们的用法：

import java.util.ArrayList;

public class Test {
    // extends Number 限定数组里面只能是数字
    public static  void printNumberArray(ArrayList arrayList) {
        for (N n: arrayList) System.out.println(n);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList integerArrayList = new ArrayList<>();
        ArrayList stringArrayList = new ArrayList<>();
        integerArrayList.add(1);
        integerArrayList.add(2);
        printNumberArray(integerArrayList); // 正常运行
        stringArrayList.add("1");
        stringArrayList.add("2");
        printNumberArray(stringArrayList); // 类型不符合泛型范围，报错！
    }
}

三、泛型方法

泛型用在方法中，可以表示此方法的参数是泛型的，也可以是此方法的返回类型是泛型的。

3.1 泛型参数类型

泛型的参数类型很好写，泛型的声明放在方法的返回类型之前，修饰符之后，声明之后就可以在参数中使用泛型了。

语法：修饰符 泛型声明 返回类型 方法名 参数列表

3.2 泛型返回类型

泛型返回类型和泛型参数类型类似，泛型声明在方法的返回类型之前，修饰符之后，声明之后就可以在返回类型中直接使用泛型了。语法和上述一致。

下面是一个简单的示例：

public static  T maxNumber (T a, T b) { // 泛型方法
    return a.compareTo(b) > 0 ? a : b; // 返回较大值
}

四、泛型类（接口）

泛型类中泛型声明与泛型方法非常类似，但又略有不同。其泛型声明在类名的后面。

语法：修饰符 关键字 类(接口)名 泛型声明

下面是一个具体示例：

class TypeBox { // 泛型类
    public T type; // 泛型属性

    TypeBox (T type){
        this.type = type;
    }

    public void set(T value){
        type = value;
    }

    public T get(){
        return type;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TypeBox typeBox_1 = new TypeBox(666); // 整数：OK
        TypeBox typeBox_2 = new TypeBox("Java"); // 字符串：OK
        System.out.println(typeBox_1.get()); // Output: 666
        System.out.println(typeBox_2.get()); // Output: Java
    }
}

五、类型擦除

类型擦除是 Java 泛型中的一类特殊的机制，它出现的目的是为了兼容 JDK 5 之前的代码。

类型擦除是指，在 Java 运行时，Java 会把所有的泛型都替换为它们最顶级的上界，也就是 Object 对象。比如 ArrayList 将被替换为 ArrayList