初学数据结构：初始泛型
目录
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- 1. 包装类
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- 1.1 基本数据类型和对应的包装类
- 1.2 装箱和拆箱
- 1.3 自动装箱和自动拆箱
- 2. 什么是泛型
- 3. 引出泛型
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- 3.1 语法
- 4. 泛型类的使用
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- 4.1 语法
- 4.2 示例
- 4.3 类型推导(Type Inference)
- 5. 裸类型(Raw Type) （了解）
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- 5.1 说明
- 6. 泛型如何编译的
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- 6.1 擦除机制
- 6.2 为什么不能实例化泛型类型数组
- 7. 泛型的上界
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- 7.1 语法
- 7.2 示例
- 7.3 复杂示例
- 8. 泛型方法
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- 8.1 定义语法
- 8.2 示例
- 8.3 使用示例-可以类型推导
- 8.4 使用示例-不使用类型推导
【本节目标】
- 以能阅读 Java 集合源码为目标学习泛型
- 了解包装类
- 了解泛型
1. 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
1.1 基本数据类型和对应的包装类
| 基本数据类型 | 包装类（类类型） |
|---|---|
| byte | Byte |
| short | Short |
| int | Integer |
| long | Long |
| float | Float |
| double | Double |
| char | Character |
| boolean | Boolean |
除了 Integer 和 Character， 其余基本类型的包装类都是首字母大写
1.2 装箱和拆箱
- 装箱/装包：把一个基本类型转变为包装类型
- 拆箱/拆包：把一个包装类型转变为基本数据类型
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 ii = Integer.valueOf(i);//手动装箱
Integer j = new Integer(10);
// 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 k = j.intValue();//手动拆箱
double d = j.doublevalue();
1.3 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 j = new Integer(10);
int k = j; // 自动拆箱
为什么？
public static void main(String[] args) {
Integer ii = 100;
Integer jj = 100;
System.out.println(ii==jj);
}
//true
public static void main(String[] args) {
Integer ii = 200;
Integer jj = 200;
System.out.println(ii==jj);
}
//false
在这个过程中唯一进行的操作是装箱，装箱过程中会调用valueof()
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
-
cache：缓存数组 -
只有每次
new对象的时候会不一样 -
low：-128；high：127 -
于是-128~127的数字会存在
cache数组中，而不会被new为新对象，所以第一个代码块结果为true，而第二个代码块结果为false
【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);//true
System.out.println(c == d);//false
}
2. 什么是泛型
泛型是Java里面最难的语法，要求是只要会用就行
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
3. 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：
- 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]; - 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：
//:代表当前类是一个泛型类
class MyArray<T> {
//public Object[] array = new Object[10];
//public T[] array = new T[10];
//不能实例化一个泛型类型的数组
public T[] array = (T[])new Object[10];//这样的写法也并不好
public void setValue(int pos, T val) {
array[pos] = val;
}
public T getValue(int pos) {
return array[pos];
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyArray<String> myArray = new MyArray<>();
myArray.setValue(2,"gaossli");
String str = myArray.getValue(2);
System.out.println(str);
MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
myArray1.setValue(0,99);
myArray1.setValue(1,88);
int val = myArray1.getValue(0);
System.out.println(val);
}
}
泛型的意义：
- 在编译的时候检查数据类型是否正确
- 在编译的时候帮助进行类型转换
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
MyArray <>中不能是基本数据类型，必须是类类型
3.1 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
}
- 类名后的
- 泛型是编译时期的机制，也意味着运行的时候，没有泛型的概念，JVM中没有泛型的概念
- 不能
new泛型类型的数组，实例化的数组必须明确数据类型 - 类型后加入
- 不需要进行强制类型转换
- 编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查
4. 泛型类的使用
4.1 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
4.2 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
4.3 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
5. 裸类型(Raw Type) （了解）
5.1 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】
- 泛型是将数据类型参数化，进行传递
- 使用
- 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
6. 泛型如何编译的
6.1 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过程中实现的。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：
- 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？
- 类型擦除，一定是把T变成Object吗？
//:代表当前类是一个泛型类
class MyArray<T> {
public Object[] array = new Object[10];
//public T[] array = (T[])new Object[10];//这样的写法也并不好
public void setValue(int pos, T val) {
array[pos] = val;
}
public T getValue(int pos) {
return (T)array[pos];
}
}
6.2 为什么不能实例化泛型类型数组
代码1：
class MyArray<T> {
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<Integer> 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：【了解即可】
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();
}
7. 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
7.1 语法
class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
...
}
7.2 示例
public class MyArray<E extends Number> {
...
}
只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参
E：一定是Number或者是Number的子类
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
7.3 复杂示例
public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
...
}
E必须是实现了Comparable接口的
class Alg<T extends Comparable<T>>{
public T findMaxVal(T[] array) {
T max = array[0];
for (int i = 1; i < array.length ; i++) {
if (array[i].compareTo(max) > 0){
max = array[i];
}
}
return max;
}
}
8. 泛型方法
8.1 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) { ... }
8.2 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;
}
}
class Alg{
public<T extends Comparable<T>> T findMaxVal(T[] array) {
T max = array[0];
for (int i = 1; i < array.length ; i++) {
if (array[i].compareTo(max) > 0){
max = array[i];
}
}
return max;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Alg alg = new Alg();
Integer[] array = {1,2,3,4,5,6,7};
alg.<Integer>findMaxVal(array);
alg.findMaxVal(array);
}
}
class Alg{
public static <T extends Comparable<T>> T findMaxVal(T[] array) {
T max = array[0];
for (int i = 1; i < array.length ; i++) {
if (array[i].compareTo(max) > 0){
max = array[i];
}
}
return max;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//无需实例化
Integer[] array = {1,2,3,4,5,6,7};
Alg.<Integer>findMaxVal(array);
Alg.findMaxVal(array);
}
}
8.3 使用示例-可以类型推导
Integer[] a = { ... };
swap(a, 0, 9);
String[] b = { ... };
swap(b, 0, 9);
8.4 使用示例-不使用类型推导
Integer[] a = { ... };
Util.<Integer>swap(a, 0, 9);
String[] b = { ... };
Util.<String>swap(b, 0, 9);