数据结构从入门到入土——初识泛型

目录

一，包装类

1.基本数据类型和对应的包装类

2.装箱和拆箱

3.自动装箱和自动拆箱

二，什么是泛型？

三，引出泛型

语法

四，泛型类的使用

1.语法

2.类型推导(Type Inference)

五，裸类型(Raw Type)

六，泛型是如何编译的

1.擦除机制

2.为什么不能实例化泛型类型数组

七，泛型的上界

1.语法

2.示例

3.复杂示例

八，泛型方法

1.定义语法

2.示例

3.使用实例-可以类型推导

4.使用实例-不可以类型推导

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一，包装类

在Java中，由于基本类型不是继承自Object，为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了一个包装类型。

1.基本数据类型和对应的包装类

基本数据类型	包装类	内存大小（单位：字节）
byte	Byte	1
short	Short	2
int	Integer	4
long	Long	8
float	Float	4
double	Double	8
char	Character	2
boolean	Boolean	未定义

除了 Integer 和 Character， 其余基本类型的包装类都是首字母大写。

2.装箱和拆箱

int i = 10;

// 装箱操作，新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中

Integer i = 10;隐式装箱

Integer ii = Integer.valueOf(i);//显示装箱

Integer ij = new Integer(i);

// 拆箱操作，将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中

int j = ii.intValue();

3.自动装箱和自动拆箱

可以看到在使用过程中，装箱和拆箱带来不少的代码量，所以为了减少开发者的负担，java 提供了自动机制

int i = 10;

Integer ii = i; // 自动装箱

Integer ij = (Integer)i; // 自动装箱

int j = ii; // 自动拆箱

int k = (int)ii; // 自动拆箱

【 面试题 】

下列代码输出什么，为什么？

public static void main(String[] args) {

Integer a = 127;

Integer b = 127;

Integer c = 128;

Integer d = 128;

System.out.println(a == b);

System.out.println(c == d);

}

答案：true   false

解析：

这里我们需要先了解Integer的源码

我们发现定义的i的值满足一定范围，点进而这个low和high的范围正好满足[-128,127]，所以这个数组则有下标[0,255]这256个下标，而返回的这个数组的下标则满足i+(-(-128)),也就是i+128下标对应的元素，当i+128>255时则会产生新的对象，所以上述代码中c和d的地址已不相同，所以输出的值才会是false。

二，什么是泛型？

一般的类和方法，只能使用具体的类型 : 要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。----- 来源《 Java 编程思想》对泛型的介绍。

泛型是在 JDK1.5 引入的新的语法，通俗讲，泛型： 就是适用于许多许多类型 。从代码上讲，就是对类型实现了参数化。

三，引出泛型

实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值？

思路：

1. 我们以前学过的数组，只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; String[] strs = newString[10];

2. 所有类的父类，默认为Object类。数组是否可以创建为Object?

代码示例：

class MyArray { 
public Object[] array = new Object[10]; 
public Object getPos(int pos) { 
return this.array[pos]; 
} 
public void setVal(int pos,Object val) { 
this.array[pos] = val; 
} 
} 
public class TestDemo { 
public static void main(String[] args) { 
MyArray myArray = new MyArray(); 
myArray.setVal(0,10); 
myArray.setVal(1,"hello");//字符串也可以存放 
String ret = myArray.getPos(1);//编译报错 
System.out.println(ret); 
} 
}

问题：以上代码实现后 发现

1. 任何类型数据都可以存放

2. 1号下标本身就是字符串，但是确编译报错。必须进行强制类型转换

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。所以，泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型。

语法

class 泛型类名称<类型形参列表> {

// 这里可以使用类型参数

}

class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {

}

class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {

// 这里可以使用类型参数

}

class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {

// 可以只使用部分类型参数

}

上述代码进行改写如下：

class MyArray {
    Object[] array = new Object[10];

    public void setValue(int pos,T val) {
        array[pos] = val;
    }
    public T getValue(int pos) {
        return (T)array[pos];
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray myArray= new MyArray();
        myArray.setValue(1,1);
        int i = myArray.getValue(1);
        MyArray myArray1 = new MyArray();
        myArray1.setValue(0,"hehe");
        String str = myArray1.getValue(0);
    }
}

代码解释：

1. 类名后的 代表占位符，表示当前类是一个泛型类

了解： 【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

•    E 表示 Element

•    K 表示 Key

•    V 表示 Value

•    N 表示 Number

•    T 表示 Type

•    S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

2. 注释 1 处，不能 new 泛型类型的数组

意味着：

T [] ts = new T [ 5 ]; // 是不对的

3. 注释2处，类型后加入 指定当前类型

4. 注释3处，不需要进行强制类型转换

5. 注释4处，代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查。

注：泛型是编译时期存在的，当程序运行起来过到jvm过后就没有泛型的概念了。

四，泛型类的使用

1.语法

泛型类 < 类型实参 > 变量名 ; // 定义一个泛型类引用

new 泛型类 < 类型实参 > ( 构造方法实参 ); // 实例化一个泛型类对象

示例：

MyArray < Integer > list = new MyArray < Integer > ();

注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

2.类型推导(Type Inference)

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

MyArray < Integer > list = new MyArray <> (); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 Integer

五，裸类型(Raw Type)

说明：

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如 MyArrayList 就是一个裸类型

MyArray list = new MyArray ();

注意： 我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制

下面的类型擦除部分，我们也会讲到编译器是如何使用裸类型的。

小结：

1. 泛型是将数据类型参数化，进行传递

2. 使用 表示当前类是一个泛型类。

3. 泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换

六，泛型是如何编译的

1.擦除机制

那么，泛型到底是怎么编译的？这个问题，也是曾经的一个面试问题。泛型本质是一个非常难的语法，要理解好他还是需要一定的时间打磨。

通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object。

在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：擦除机制。

Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

有关泛型擦除机制的文章截介绍：https://zhuanlan.zhihu.com/p/51452375

提出问题：

1、那为什么，T[] ts = new T[5]; 是不对的，编译的时候，替换为Object，不是相当于：Object[] ts = new Object[5]吗？

2、类型擦除，一定是把T变成Object吗？

2.为什么不能实例化泛型类型数组

代码1：

class MyArray { 
public T[] array = (T[])new Object[10]; 
public T getPos(int pos) { 
return this.array[pos]; 
} 
public void setVal(int pos,T val) { 
this.array[pos] = val; 
} 
public T[] getArray() { 
return array;
} 
} 
public static void main(String[] args) { 
MyArray myArray1 = new MyArray<>(); 
Integer[] strings = myArray1.getArray(); 
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer; 
at TestDemo.main(TestDemo.java:31) 
*/

原因：替换后的方法为：将Object[]分配给Integer[]引用，程序报错。

public Object[] getArray() {

return array;

}

通俗讲就是：返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Integer类型的数组，编译器认为是不安全的。

正确的方式：

class MyArray<T> {

public T[] array;

public MyArray() {

}

/**

* 通过反射创建，指定类型的数组

* @param clazz

* @param capacity

*/

public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {

array = (T[])Array.newInstance(clazz, capacity);

}

public T getPos(int pos) {

return this.array[pos];

}

public void setVal(int pos,T val) {

this.array[pos] = val;

}

public T[] getArray() {

return array;

}

}

public static void main(String[] args) {

MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);

Integer[] integers = myArray1.getArray();

}

七，泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

1.语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {

...

}

2.示例

public class MyArray<E extends Number> {

...

}

只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参

MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型

MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

error: type argument String is not within bounds of type-variable E

MyArrayList l2;

^

where E is a type-variable:

E extends Number declared in class MyArrayList

了解： 没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

3.复杂示例

写一个泛型类，求一个数组中的最大值

面对这样一个问题，我们可能首先会写出以下代码：

此时if处为什么会报错呢？

原因：T一定是一个引用类型，最终被擦除为Object类型，而T类型则一定要是可比较的，不然无法进行比较。

所以：怎么约束这个T一定是可以比较大小的？

很简单，只要让它extends一个Comparable

class Alg> /*表示T一定是实现了Comparable接口的*/{
    public T FindMax(T[] array) {
        T Max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (Max.compareTo(array[i]) < 0) /*Max如果比array[i]小，则返回的小于0*/{
                Max = array[i];
            }
        }
        return Max;
    }
}

八，泛型方法

1.定义语法

方法限定符 < 类型形参列表 > 返回值类型 方法名称 ( 形参列表 ) { ... }

简单来说：就是在一个普通的类里面实现泛型方法

2.示例

public class Util {

//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数

public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {

E t = array[i];

array[i] = array[j];

array[j] = t;

}

}

将上述代码以泛型方法的形式来写：

class Alg {
    public> T FindMax(T[] array) {
        T Max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (Max.compareTo(array[i]) < 0) /*Max如果比array[i]小，则返回的小于0*/{
                Max = array[i];
            }
        }
        return Max;
    }
}

3.使用实例-可以类型推导

Integer[] a = { ... };

swap(a, 0, 9);

String[] b = { ... };

swap(b, 0, 9);

同样以上述代码为例：

当我们要使用上述代码来获得一个数组中的最大值时

class Alg {
    public> T FindMax(T[] array) {
        T Max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (Max.compareTo(array[i]) < 0) /*Max如果比array[i]小，则返回的小于0*/{
                Max = array[i];
            }
        }
        return Max;
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Alg alg = new Alg();
        Integer[] integers = new Integer[]{1,2,3,4,5};
        //int ret = alg.FindMax(integers);//指定类型
        int ret = alg.FindMax(integers);//不指定类型
        //类型推导：根据实参传值来推导此时的类型
        //当可以类型推导时上两种写法均可
        System.out.println(ret);
    }
}

4.使用实例-不可以类型推导

Integer[] a = { ... };

Util.<Integer>swap(a, 0, 9);

String[] b = { ... };

Util.<String>swap(b, 0, 9);

---

完.