2023最新版JavaSE教程——第13天：泛型

一、泛型概述

1.1 生活中的例子

举例1：中药店，每个抽屉外面贴着标签

举例2：超市购物架上很多瓶子，每个瓶子装的是什么，有标签

举例3：家庭厨房中：

Java 中的泛型，就类似于上述场景中的 标签。

1.2 泛型的引入

在 Java 中，我们在声明方法时，当在完成方法功能时如果有 未知的数据 需要参与，这些未知的数据需要在调用方法时才能确定，那么我们把这样的数据通过 形参 表示。在方法体中，用这个形参名来代表那个未知的数据，而调用者在调用时，对应的传入 实参 就可以了。

受以上启发，JDK1.5 设计了泛型的概念。泛型即为 "类型参数"，这个类型参数在声明它的类、接口或方法中，代表未知的某种通用类型。

举例1： 集合类在设计阶段/声明阶段不能确定这个容器到底实际存的是什么类型的对象，所以 在JDK5.0之前只能把元素类型设计为Object，JDK5.0时Java引入了“参数化类型（Parameterized type）”的概念，允许我们在创建集合时指定集合元素的类型。比如：List，这表明该 List 只能保存字符串类型的对象。使用集合存储数据时，除了元素的类型不确定，其他部分是确定的(例如关于这个元素如何保存，如何管理等)。

举例2： java.lang.Comparable 接口和 java.util.Comparator 接口，是用于比较对象大小的接口。这两个接口只是限定了当一个对象大于另一个对象时返回正整数，小于返回负整数，等于返回 0，但是并不确定是什么类型的对象比较大小。JDK5.0 之前只能用 Object 类型表示，使用时既麻烦又不安全，因此 JDK5.0 给它们增加了泛型。


其中 就是类型参数，即泛型。所谓泛型，就是允许在定义类、接口时通过一个 标识 表示类中某个 属性的类型 或者是某个方法的 返回值或参数的类型。这个类型参数将在使用时(例如，继承或实现这个接口、创建对象或调用方法时)确定(即传入实际的类型参数，也称为类型实参)。

二、使用泛型举例

自从 JDK5.0 引入泛型的概念之后，对之前核心类库中的 API 做了很大的修改，例如：JDK5.0 改写了集合框架中的全部接口和类、java.lang.Comparable 接口、java.util.Comparator 接口、Class 类等。为这些接口、类增加了泛型支持，从而可以在声明变量、创建对象时传入类型实参。

2.1 集合中使用泛型

2.1.1 举例

集合中没有使用泛型时：

集合中使用泛型时：

Java 泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会产生 ClassCastException 异常。即，把不安全的因素在编译期间就排除了，而不是运行期；既然通过了编译，那么类型一定是符合要求的，就避免了类型转换。同时，代码更加简洁、健壮。把一个集合中的内容限制为一个特定的数据类型，这就是 generic 背后的核心思想。

举例：

//泛型在List中的使用
@Test
public void test1(){
    //举例：将学生成绩保存在ArrayList中
    //标准写法：
    //ArrayList list = new ArrayList();
    //jdk7的新特性：类型推断
    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

    list.add(56); //自动装箱
    list.add(76);
    list.add(88);
    list.add(89);
    //当添加非Integer类型数据时，编译不通过
    //list.add("Tom");//编译报错

    Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        //不需要强转，直接可以获取添加时的元素的数据类型
        Integer score = iterator.next();
        System.out.println(score);
    }
}

举例：

//泛型在Map中的使用
@Test
public void test2(){
    HashMap<String,Integer> map = new HashMap<>();

    map.put("Tom",67);
    map.put("Jim",56);
    map.put("Rose",88);
    //编译不通过
    //        map.put(67,"Jack");

    //遍历key集
    Set<String> keySet = map.keySet();
    for(String str:keySet){
        System.out.println(str);
    }

    //遍历value集
    Collection<Integer> values = map.values();
    Iterator<Integer> iterator = values.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        Integer value = iterator.next();
        System.out.println(value);
    }

    //遍历entry集
    Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
    Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator1 = entrySet.iterator();
    while(iterator1.hasNext()){
        Map.Entry<String, Integer> entry = iterator1.next();
        String key = entry.getKey();
        Integer value = entry.getValue();
        System.out.println(key + ":" + value);
    }
}

2.1.2 练习

练习1：

① 创建一个 ArrayList 集合对象，并指定泛型为 
② 添加 5个[0,100) 以内的整数到集合中
③ 使用 foreach 遍历输出5个整数
④ 使用集合的 removeIf 方法删除偶数，为 Predicate 接口指定泛型 
⑤ 再使用 Iterator 迭代器输出剩下的元素，为 Iterator 接口指定泛型 

package com.atguigu.genericclass.use;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.Random;
import java.util.function.Predicate;

public class TestNumber {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> coll = new ArrayList<Integer>();
        Random random = new Random();
        for (int i = 1; i <= 5 ; i++) {
            coll.add(random.nextInt(100));
        }

        System.out.println("coll中5个随机数是：");
        for (Integer integer : coll) {
            System.out.println(integer);
        }
		
        //方式1：使用集合的removeIf方法删除偶数
        coll.removeIf(new Predicate<Integer>() {
            @Override
            public boolean test(Integer integer) {
                return integer % 2 == 0;
            }
        });
        //方式2：调用Iterator接口的remove()方法
        //Iterator iterator1 = coll.iterator();
        //while(coll.hasNext()){
        //    Integer i = coll.next();
        //   if(i % 2 == 0){
        //       coll.remove();
        //    }
        //}

        System.out.println("coll中删除偶数后：");
        Iterator<Integer> iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Integer number = iterator.next();
            System.out.println(number);
        }

    }
}

2.2 比较器中使用泛型

2.2.1 举例

package com.atguigu.generic;

public class Circle{
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        super();
        this.radius = radius;
    }

    public double getRadius() {
        return radius;
    }

    public void setRadius(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Circle [radius=" + radius + "]";
    }

}

使用泛型之前：

package com.atguigu.generic;

import java.util.Comparator;

class CircleComparator implements Comparator{
    @Override
    public int compare(Object o1, Object o2) {
        //强制类型转换
        Circle c1 = (Circle) o1;
        Circle c2 = (Circle) o2;
        return Double.compare(c1.getRadius(), c2.getRadius());
    }
}
//测试：
public class TestNoGeneric {
    public static void main(String[] args) {
        CircleComparator com = new CircleComparator();
        System.out.println(com.compare(new Circle(1), new Circle(2)));

        System.out.println(com.compare("圆1", "圆2"));//运行时异常：ClassCastException
    }
}

使用泛型之后：

package com.atguigu.generic;

import java.util.Comparator;

class CircleComparator1 implements Comparator<Circle> {

    @Override
    public int compare(Circle o1, Circle o2) {
        //不再需要强制类型转换，代码更简洁
        return Double.compare(o1.getRadius(), o2.getRadius());
    }
}

//测试类
public class TestHasGeneric {
    public static void main(String[] args) {
        CircleComparator1 com = new CircleComparator1();
        System.out.println(com.compare(new Circle(1), new Circle(2)));

        //System.out.println(com.compare("圆1", "圆2"));
        //编译错误，因为"圆1", "圆2"不是Circle类型，是String类型，编译器提前报错，
        //而不是冒着风险在运行时再报错。
    }
}

2.2.2 练习

① 声明矩形类 Rectangle，包含属性长和宽，属性私有化，提供有参构造、get/set方法、重写 toString 方法，提供求面积和周长的方法。
② 矩形类 Rectangle 实现 java.lang.Comparable 接口，并指定泛型为 ，重写 int compareTo(T t) 方法，按照矩形面积比较大小，面积相等的，按照周长比较大小。
③ 在测试类中，创建 Rectangle 数组，并创建5个矩形对象
④ 调用 Arrays 的 sort 方法，给矩形数组排序，并显示排序前后的结果。

package com.atguigu.genericclass.use;

public class Rectangle implements Comparable<Rectangle>{
    private double length;
    private double width;

    public Rectangle(double length, double width) {
        this.length = length;
        this.width = width;
    }

    public double getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
	//获取面积
    public double area(){
        return length * width;
    }
    //获取周长
    public double perimeter(){
        return 2 * (length + width);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Rectangle{" +
                "length=" + length +
                ", width=" + width +
                ",area =" + area() +
                ",perimeter = " + perimeter() +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Rectangle o) {
        int compare = Double.compare(area(), o.area());
        return compare != 0 ? compare : Double.compare(perimeter(),o.perimeter());
    }
}

package com.atguigu.genericclass.use;

import java.util.Arrays;

public class TestRectangle {
    public static void main(String[] args) {
        Rectangle[] arr = new Rectangle[4];
        arr[0] = new Rectangle(6,2);
        arr[1] = new Rectangle(4,3);
        arr[2] = new Rectangle(12,1);
        arr[3] = new Rectangle(5,4);

        System.out.println("排序之前：");
        for (Rectangle rectangle : arr) {
            System.out.println(rectangle);
        }

        Arrays.sort(arr);

        System.out.println("排序之后：");
        for (Rectangle rectangle : arr) {
            System.out.println(rectangle);
        }
    }
}

2.3 相关使用说明

在创建集合对象的时候，可以指明泛型的类型。具体格式为：

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

JDK7.0时，有新特性，可以简写为：

List<Integer> list = new ArrayList<>(); //类型推断

泛型，也称为泛型参数，即参数的类型，只能使用引用数据类型进行赋值。(不能使用基本数据类型，可以使用包装类替换) 集合声明时，声明泛型参数。在使用集合时，可以具体指明泛型的类型。一旦指明，类或接口内部，凡是使用泛型参数的位置，都指定为具体的参数类型。如果没有指明的话，看做是 Object 类型。

三、自定义泛型结构

3.1 泛型的基础说明

1、<类型>这种语法形式就叫泛型。

• <类型>的形式我们称为类型参数，这里的 "类型" 习惯上使用 T 表示，是 Type 的缩写。即：。

• ：代表未知的数据类型，我们可以指定为 // 等。类比方法的参数的概念，我们把 ，称为类型形参，将 称为类型实参，有助于我们理解泛型

• 这里的 T，可以替换成 K，V 等任意字母。

2、在哪里可以声明类型变量。 声明类或接口时，在类名或接口名后面声明泛型类型，我们把这样的类或接口称为 泛型类 或 泛型接口。

【修饰符】 class 类名<类型变量列表> 【extends 父类】 【implements 接口们】{
    
}
【修饰符】 interface 接口名<类型变量列表> 【implements 接口们】{
    
}

//例如：
public class ArrayList<E>    
public interface Map<K,V>{
    ....
}    

声明方法时，在【修饰符】与返回值类型之间声明类型变量，我们把声明了类型变量的方法，称为泛型方法。

[修饰符] <类型变量列表> 返回值类型 方法名([形参列表])[throws 异常列表]{
    //...
}

//例如：java.util.Arrays类中的
public static <T> List<T> asList(T... a){
    ....
}

3.2 自定义泛型类或泛型接口

当我们在类或接口中定义某个成员时，该成员的相关类型是不确定的，而这个类型需要在使用这个类或接口时才可以确定，那么我们可以使用泛型类、泛型接口。

3.2.1 说明

① 我们在声明完自定义泛型类以后，可以在类的内部(比如：属性、方法、构造器中)使用类的泛型。
② 我们在创建自定义泛型类的对象时，可以指明泛型参数类型。一旦指明，内部凡是使用类的泛型参数的位置，都具体化为指定的类的泛型类型。
③ 如果在创建自定义泛型类的对象时，没有指明泛型参数类型，那么泛型将被擦除，泛型对应的类型均按照 Object 处理，但不等价于 Object。

经验：泛型要使用一路都用。要不用，一路都不要用。

④ 泛型的指定中必须使用引用数据类型。不能使用基本数据类型，此时只能使用包装类替换。
⑤ 除创建泛型类对象外，子类继承泛型类时、实现类实现泛型接口时，也可以确定泛型结构中的泛型参数。如果我们在给泛型类提供子类时，子类也不确定泛型的类型，则可以继续使用泛型参数。我们还可以在现有的父类的泛型参数的基础上，新增泛型参数。

3.2.2 注意

① 泛型类可能有多个参数，此时应将多个参数一起放在尖括号内。比如：
② JDK7.0 开始，泛型的简化操作：ArrayList flist = new ArrayList<>();
③ 如果泛型结构是一个接口或抽象类，则不可创建泛型类的对象。
④ 不能使用new E[]。但是可以：E[] elements = (E[])new Object[capacity];

参考：ArrayList 源码中声明：Object[] elementData，而非泛型参数类型数组。

⑤ 在类/接口上声明的泛型，在本类或本接口中即代表某种类型，但不可以在静态方法中使用类的泛型。
⑥ 异常类不能是带泛型的。

3.2.2 举例

举例1：

class Person<T> {
    // 使用T类型定义变量
    private T info;
    // 使用T类型定义一般方法
    public T getInfo() {
        return info;
    }
    public void setInfo(T info) {
        this.info = info;
    }
    // 使用T类型定义构造器
    public Person() {
    }
    public Person(T info) {
        this.info = info;
    }
    // static的方法中不能声明泛型
    //public static void show(T t) {
    //
    //}
    // 不能在try-catch中使用泛型定义
    //public void test() {
        //try {
        //
        //} catch (MyException ex) {
        //
        //}
    //}
}

举例2：

class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son1 extends Father {// 等价于class Son extends Father{
}
// 2)具体类型
class Son2 extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2> extends Father<Integer, T2> {
}

举例3：

class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son<A, B> extends Father{//等价于class Son extends Father{
}
// 2)具体类型
class Son2<A, B> extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2, A, B> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2, A, B> extends Father<Integer, T2> {
}

3.2.3 练习

练习1： 声明一个学生类，该学生包含姓名、成绩，而此时学生的成绩类型不确定，为什么呢，因为，语文老师希望成绩是 "优秀"/"良好"/"及格"/"不及格"，数学老师希望成绩是 89.5, 65.0，英语老师希望成绩是 'A'/'B'/'C'/'D'/'E'。 那么我们在设计这个学生类时，就可以使用泛型。

package com.atguigu.genericclass.define;

class Student<T>{
    private String name;
    private T score;

    public Student() {
        super();
    }
    public Student(String name, T score) {
        super();
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public T getScore() {
        return score;
    }
    public void setScore(T score) {
        this.score = score;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "姓名：" + name + ", 成绩：" + score;
    }
}

public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        //语文老师使用时：
        Student<String> stu1 = new Student<String>("张三", "良好");

        //数学老师使用时：
        //Student stu2 = new Student("张三", 90.5);//错误，必须是引用数据类型
        Student<Double> stu2 = new Student<Double>("张三", 90.5);

        //英语老师使用时：
        Student<Character> stu3 = new Student<Character>("张三", 'C');

        //错误的指定
        //Student