【Java 基础 - 泛型机制详细解释】

• Java 基础 - 泛型机制详解
  • 为什么会引入泛型
  • 泛型的基本使用
    • 泛型类
    • 泛型接口
    • 泛型方法
    • 泛型的上下限
    • 泛型数组
  • 深入理解泛型
    • 如何理解Java中的泛型是伪泛型？泛型中类型擦除
    • 如何证明类型的擦除呢？
    • 如何理解类型擦除后保留的原始类型?
    • 如何理解泛型的编译期检查？
    • 如何理解泛型的多态？泛型的桥接方法
    • 如何理解基本类型不能作为泛型类型？
    • 如何理解泛型类型不能实例化？
    • 泛型数组：能不能采用具体的泛型类型进行初始化？
    • 泛型数组：如何正确的初始化泛型数组实例？
    • 如何理解泛型类中的静态方法和静态变量？
    • 如何理解异常中使用泛型？
    • 如何获取泛型的参数类型？

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为什么会引入泛型

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。

引入泛型的意义在于：

• 适用于多种数据类型执行相同的代码

我们通过一个例子来阐述，先看下下面的代码：

private static int add(int a, int b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
    return a + b;
}

private static float add(float a, float b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
    return a + b;
}

private static double add(double a, double b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
    return a + b;
}

如果没有泛型，要实现不同类型的加法，每种类型都需要重载一个add方法；通过泛型，我们可以复用为一个方法：

private static  double add(T a, T b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a.doubleValue() + b.doubleValue()));
    return a.doubleValue() + b.doubleValue();
}

• 泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换（类型安全，编译器会检查类型）

看下这个例子：

List list = new ArrayList();
list.add("xxString");
list.add(100d);
list.add(new Person());

我们在使用上述list中，list中的元素都是Object类型（无法约束其中的类型），所以在取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现java.lang.ClassCastException异常。

引入泛型，它将提供类型的约束，提供编译前的检查：

List list = new ArrayList();

// list中只能放String, 不能放其它类型的元素

泛型的基本使用

泛型类

• 从一个简单的泛型类看起：

class Point{         // 此处可以随便写标识符号，T是type的简称  
    private T var ;     // var的类型由T指定，即：由外部指定  
    public T getVar(){  // 返回值的类型由外部决定  
        return var ;  
    }  
    public void setVar(T var){  // 设置的类型也由外部决定  
        this.var = var ;  
    }  
}  
public class GenericsDemo06{  
    public static void main(String args[]){  
        Point p = new Point() ;     // 里面的var类型为String类型  
        p.setVar("it") ;                            // 设置字符串  
        System.out.println(p.getVar().length()) ;   // 取得字符串的长度  
    }  
}

• 多元泛型

class Notepad{       // 此处指定了两个泛型类型  
    private K key ;     // 此变量的类型由外部决定  
    private V value ;   // 此变量的类型由外部决定  
    public K getKey(){  
        return this.key ;  
    }  
    public V getValue(){  
        return this.value ;  
    }  
    public void setKey(K key){  
        this.key = key ;  
    }  
    public void setValue(V value){  
        this.value = value ;  
    }  
} 
public class GenericsDemo09{  
    public static void main(String args[]){  
        Notepad t = null ;        // 定义两个泛型类型的对象  
        t = new Notepad() ;       // 里面的key为String，value为Integer  
        t.setKey("汤姆") ;        // 设置第一个内容  
        t.setValue(20) ;            // 设置第二个内容  
        System.out.print("姓名；" + t.getKey()) ;      // 取得信息  
        System.out.print("，年龄；" + t.getValue()) ;       // 取得信息  
  
    }  
}

 泛型接口

• 简单的泛型接口

interface Info{        // 在接口上定义泛型  
    public T getVar() ; // 定义抽象方法，抽象方法的返回值就是泛型类型  
}  
class InfoImpl implements Info{   // 定义泛型接口的子类  
    private T var ;             // 定义属性  
    public InfoImpl(T var){     // 通过构造方法设置属性内容  
        this.setVar(var) ;    
    }  
    public void setVar(T var){  
        this.var = var ;  
    }  
    public T getVar(){  
        return this.var ;  
    }  
} 
public class GenericsDemo24{  
    public static void main(String arsg[]){  
        Info i = null;        // 声明接口对象  
        i = new InfoImpl("汤姆") ;  // 通过子类实例化对象  
        System.out.println("内容：" + i.getVar()) ;  
    }  
}  

 泛型方法

泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型。

定义泛型方法时，必须在返回值前边加一个，来声明这是一个泛型方法，持有一个泛型T，然后才可以用泛型T作为方法的返回值。

Class的作用就是指明泛型的具体类型，而Class类型的变量c，可以用来创建泛型类的对象。

为什么要用变量c来创建对象呢？既然是泛型方法，就代表着我们不知道具体的类型是什么，也不知道构造方法如何，因此没有办法去new一个对象，但可以利用变量c的newInstance方法去创建对象，也就是利用反射创建对象。

泛型方法要求的参数是Class类型，而Class.forName()方法的返回值也是Class，因此可以用Class.forName()作为参数。其中，forName()方法中的参数是何种类型，返回的Class就是何种类型。在本例中，forName()方法中传入的是User类的完整路径，因此返回的是Class类型的对象，因此调用泛型方法时，变量c的类型就是Class，因此泛型方法中的泛型T就被指明为User，因此变量obj的类型为User。

当然，泛型方法不是仅仅可以有一个参数Class，可以根据需要添加其他参数。

为什么要使用泛型方法呢？因为泛型类要在实例化的时候就指明类型，如果想换一种类型，不得不重新new一次，可能不够灵活；而泛型方法可以在调用的时候指明类型，更加灵活。

 泛型的上下限

• 先看下如下的代码，很明显是会报错的 （具体错误原因请参考后文）。

class A{}
class B extends A {}

// 如下两个方法不会报错
public static void funA(A a) {
    // ...          
}
public static void funB(B b) {
    funA(b);
    // ...             
}

// 如下funD方法会报错
public static void funC(List listA) {
    // ...          
}
public static void funD(List listB) {
    funC(listB); // Unresolved compilation problem: The method doPrint(List) in the type test is not applicable for the arguments (List)
    // ...             
}

那么如何解决呢？

为了解决泛型中隐含的转换问题，Java泛型加入了类型参数的上下边界机制。表示该类型参数可以是A(上边界)或者A的子类类型。编译时擦除到类型A，即用A类型代替类型参数。这种方法可以解决开始遇到的问题，编译器知道类型参数的范围，如果传入的实例类型B是在这个范围内的话允许转换，这时只要一次类型转换就可以了，运行时会把对象当做A的实例看待。

public static void funC(List listA) {
    // ...          
}
public static void funD(List listB) {
    funC(listB); // OK
    // ...             
}

• 泛型上下限的引入

在使用泛型的时候，我们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。

上限

class Info{    // 此处泛型只能是数字类型
    private T var ;        // 定义泛型变量
    public void setVar(T var){
        this.var = var ;
    }
    public T getVar(){
        return this.var ;
    }
    public String toString(){    // 直接打印
        return this.var.toString() ;
    }
}
public class demo1{
    public static void main(String args[]){
        Info i1 = new Info() ;        // 声明Integer的泛型对象
    }
}

下限

class Info{
    private T var ;        // 定义泛型变量
    public void setVar(T var){
        this.var = var ;
    }
    public T getVar(){
        return this.var ;
    }
    public String toString(){    // 直接打印
        return this.var.toString() ;
    }
}
public class GenericsDemo21{
    public static void main(String args[]){
        Info i1 = new Info() ;        // 声明String的泛型对象
        Info