Java新手村第二站：泛型、集合与IO流初探

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泛型

泛型的概念与作用：

• 核心目的：在编译期提供类型安全检查，避免运行时的 ClassCastException。

  • ClassCastException 是一种运行时异常（属于 RuntimeException），表示试图将一个对象强制转换为不兼容的类类型时发生的错误。

  • 示例：

    Object obj = new Integer(100);
    String str = (String) obj; // 抛出 ClassCastException
    

• 主要功能：

  • 类型参数化：允许类、接口、方法操作的数据类型被参数化。
  • 代码复用：通过类型抽象，编写更通用的代码。
  • 类型安全：编译时检查类型一致性，减少强制类型转换。

• 示例：

  // 无泛型
  List list = new ArrayList();
  list.add("Hello");
  String s = (String) list.get(0); // 需显式强制转换
      
  // 有泛型
  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("Hello");
  String s = list.get(0); // 自动类型安全
  

泛型类与泛型接口：

• 定义语法：在类/接口名后添加 ，T 为类型参数（可自定义名称如 E, K, V）。

• 类型参数：可以是任意非基本类型（需用包装类如 Integer）。

• 示例：

  // 泛型类
  public class Box<T> {
      private T content;
      public void setContent(T content) { this.content = content; }
      public T getContent() { return content; }
  }
      
  Box<String> stringBox = new Box<>();
  stringBox.setContent("Java");
  String value = stringBox.getContent(); // 无需强制转换
      
  // 泛型接口
  public interface Comparator<T> {
      int compare(T o1, T o2);
  }
  

泛型方法：

• 独立于类泛型：泛型方法的类型参数独立于类的泛型参数。

• 语法：在返回类型前声明 。

• 示例：

  public class Utils {
      public static <T> T getFirstElement(List<T> list) {
          return list.isEmpty() ? null : list.get(0);
      }
  }
      
  List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3);
  Integer first = Utils.getFirstElement(numbers); // 自动类型推断
  

通配符：

通配符（Wildcard） 是一个让程序员在不破坏类型安全的前提下，灵活处理未知类型的特殊符号。它的核心作用是放宽泛型类型约束，让泛型容器或方法能兼容更多类型，同时避免出现 ClassCastException。

• 无界通配符

  • 用途：表示“未知类型”，用于接受任意泛型类型的对象。

  • 限制：不能添加元素（除 null），只能读取为 Object。

  • 示例：

    public void printList(List<?> list) {
        for (Object elem : list) {
            System.out.println(elem);
        }
    }
    

• 上界通配符

  • 用途：接受 T 或其子类的泛型类型。

  • 限制：只能读取为 T，不能添加元素（除 null）。

  • 示例：

    // 接受Number及其子类（如Integer、Double）
    public double sum(List<? extends Number> list) {
        double sum = 0;
        for (Number num : list) {
            sum += num.doubleValue();
        }
        return sum;
    }
    

• 下界通配符

  • 用途：接受 T 或其父类的泛型类型。

  • 限制：可以添加 T 及其子类对象，但读取时需强制转换。

  • 示例：

    // 向集合中添加Integer及其子类
    public void addNumbers(List<? super Integer> list) {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            list.add(i);
        }
    }
    

类型擦除：

• 核心机制：泛型仅在编译期存在，运行时类型参数被擦除为原始类型（Raw Type）。

• 规则：

  • 无界类型参数（如 ）→ 替换为 Object。
  • 有界类型参数（如 ）→ 替换为边界类型（Number）。
  • 泛型方法的类型参数被擦除后可能生成桥方法（Bridge Methods）。

• 示例：

  // 编译前
  public class Box<T> {
      private T content;
      public void setContent(T content) { /* ... */ }
  }
  
  // 编译后（类型擦除）
  public class Box {
      private Object content;
      public void setContent(Object content) { /* ... */ }
  }
  

• 注意事项：

  • 无法在运行时获取泛型类型信息（如 new T() 或 T.class）。
  • 泛型数组的创建受限（如 new List[10] 非法）。

泛型与继承

• 泛型类不可协变：List 不是 List