Java泛型

一. 泛型概念的提出（为什么需要泛型）？

首先，我们看下下面这段简短的代码:

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4         List list = new ArrayList();  5         list.add("qqyumidi");  6         list.add("corn");  7         list.add(100);  8 
 9         for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 10             String name = (String) list.get(i); // 1
11             System.out.println("name:" + name); 12  } 13  } 14 }

定义了一个List类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的，因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。

 在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：

1.当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。

2.因此，//1处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。

那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型，且能够达到只要编译时不出现问题，运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢？答案就是使用泛型。

 

二.什么是泛型？

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

 看着好像有点复杂，首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4         /*
 5  List list = new ArrayList();  6  list.add("qqyumidi");  7  list.add("corn");  8  list.add(100);  9         */
10 
11         List<String> list = new ArrayList<String>(); 12         list.add("qqyumidi"); 13         list.add("corn"); 14         //list.add(100); // 1 提示编译错误
15 
16         for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 17             String name = list.get(i); // 2
18             System.out.println("name:" + name); 19  } 20  } 21 }

采用泛型写法后，在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误，通过List<String>，直接限定了list集合中只能含有String类型的元素，从而在//2处无须进行强制类型转换，因为此时，集合能够记住元素的类型信息，编译器已经能够确认它是String类型了。

结合上面的泛型定义，我们知道在List<String>中，String是类型实参，也就是说，相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型（也就是对应的传入的类型实参）。下面就来看看List接口的的具体定义：

 1 public interface List<E> extends Collection<E> {  2 
 3     int size();  4 
 5     boolean isEmpty();  6 
 7     boolean contains(Object o);  8 
 9     Iterator<E> iterator(); 10 
11  Object[] toArray(); 12 
13     <T> T[] toArray(T[] a); 14 
15     boolean add(E e); 16 
17     boolean remove(Object o); 18 
19     boolean containsAll(Collection<?> c); 20 
21     boolean addAll(Collection<? extends E> c); 22 
23     boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); 24 
25     boolean removeAll(Collection<?> c); 26 
27     boolean retainAll(Collection<?> c); 28 
29     void clear(); 30 
31     boolean equals(Object o); 32 
33     int hashCode(); 34 
35     E get(int index); 36 
37     E set(int index, E element); 38 
39     void add(int index, E element); 40 
41     E remove(int index); 42 
43     int indexOf(Object o); 44 
45     int lastIndexOf(Object o); 46 
47     ListIterator<E> listIterator(); 48 
49     ListIterator<E> listIterator(int index); 50 
51     List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); 52 }

我们可以看到，在List接口中采用泛型化定义之后，<E>中的E表示类型形参，可以接收具体的类型实参，并且此接口定义中，凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。

自然的，ArrayList作为List接口的实现类，其定义形式是：

 1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> 
 2         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {  3     
 4     public boolean add(E e) {  5         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
 6         elementData[size++] = e;  7         return true;  8  }  9     
10     public E get(int index) { 11  rangeCheck(index); 12  checkForComodification(); 13         return ArrayList.this.elementData(offset + index); 14  } 15     
16     //...省略掉其他具体的定义过程
17 
18 }

由此，我们从源代码角度明白了为什么//1处加入Integer类型对象编译错误，且//2处get()到的类型直接就是String类型了。

 

三.自定义泛型接口、泛型类和泛型方法

从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。

自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义：

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         System.out.println("name:" + name.getData());  7  }  8 
 9 } 10 
11 class Box<T> { 12 
13     private T data; 14 
15     public Box() { 16 
17  } 18 
19     public Box(T data) { 20         this.data = data; 21  } 22 
23     public T getData() { 24         return data; 25  } 26 
27 } 

在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参，由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7 
 8         System.out.println("name class:" + name.getClass());      // com.qqyumidi.Box
 9         System.out.println("age class:" + age.getClass());        // com.qqyumidi.Box
10         System.out.println(name.getClass() == age.getClass());    // true
11 
12  } 13 
14 }

由此，我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型（本实例中为Box），当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。

究其原因，在于Java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

对此总结成一句话：泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。

 

四.类型通配符

接着上面的结论，我们知道，Box<Number>和Box<Integer>实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？

为了弄清这个问题，我们继续看下下面这个例子:

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<Number> name = new Box<Number>(99);  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7 
 8  getData(name);  9         
10         //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is 11         //not applicable for the arguments (Box<Integer>)
12  getData(age); // 1 13 
14  } 15     
16     public static void getData(Box<Number> data){ 17         System.out.println("data :" + data.getData()); 18  } 19 
20 }

我们发现，在代码//1处出现了错误提示信息：The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。显然，通过提示信息，我们知道Box<Number>在逻辑上不能视为Box<Integer>的父类。那么，原因何在呢？

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);  6         Box<Number> b = a;  // 1
 7         Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);  8         b.setData(f);        // 2
 9 
10  } 11 
12     public static void getData(Box<Number> data) { 13         System.out.println("data :" + data.getData()); 14  } 15 
16 } 17 
18 class Box<T> { 19 
20     private T data; 21 
22     public Box() { 23 
24  } 25 
26     public Box(T data) { 27  setData(data); 28  } 29 
30     public T getData() { 31         return data; 32  } 33 
34     public void setData(T data) { 35         this.data = data; 36  } 37 
38 }

这个例子中，显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。

假设Box<Number>在逻辑上可以视为Box<Integer>的父类，那么//1和//2处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer? Float? 还是Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上Box<Number>不能视为Box<Integer>的父类。

好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Box<Integer>和Box<Number>的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。

类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。注意了，此处是类型实参，而不是类型形参！且Box<?>在逻辑上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具体类型实参>的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7         Box<Number> number = new Box<Number>(314);  8 
 9  getData(name); 10  getData(age); 11  getData(number); 12  } 13 
14     public static void getData(Box<?> data) { 15         System.out.println("data :" + data.getData()); 16  } 17 
18 }

有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？

在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是Number类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。

 1 public class GenericTest {  2 
 3     public static void main(String[] args) {  4 
 5         Box<String> name = new Box<String>("corn");  6         Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);  7         Box<Number> number = new Box<Number>(314);  8 
 9  getData(name); 10  getData(age); 11  getData(number); 12         
13         //getUpperNumberData(name); // 1
14         getUpperNumberData(age);    // 2
15         getUpperNumberData(number); // 3
16  } 17 
18     public static void getData(Box<?> data) { 19         System.out.println("data :" + data.getData()); 20  } 21     
22     public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){ 23         System.out.println("data :" + data.getData()); 24  } 25 
26 }

此时，显然，在代码//1处调用将出现错误提示，而//2 //3处调用正常。

类型通配符上限通过形如Box<? extends Number>形式定义，相对应的，类型通配符下限为Box<? super Number>形式，其含义与类型通配符上限正好相反，在此不作过多阐述了。

 

五.话外篇

本文中的例子主要是为了阐述泛型中的一些思想而简单举出的，并不一定有着实际的可用性。另外，一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其实，在实际的编程过程中，自己可以使用泛型去简化开发，且能很好的保证代码质量。并且还要注意的一点是，Java中没有所谓的泛型数组一说。

对于泛型，最主要的还是需要理解其背后的思想和目的。

 

--------------------------------------------------------------------------------- 

java 代码实例：

 class Point<T>{       // 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<String> p = new Point<String>() ; // 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
     }
 };
 ----------------------------------------------------------
 class Notepad<K,V>{       // 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<String,Integer> t = null ;        // 定义两个泛型类型的对象
         t = new Notepad<String,Integer>() ;       // 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

     }
 };

 通配符

 class Info<T>{
     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 GenericsDemo14{
     public static void main(String args[]){
         Info<String> i = new Info<String>() ;       // 使用String为泛型类型
         i.setVar("it") ;                            // 设置内容
         fun(i) ;
     }
     public static void fun(Info<?> temp){     // 可以接收任意的泛型对象
         System.out.println("内容：" + temp) ;
     }
 };

 受限泛型

 class Info<T>{
     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 GenericsDemo17{
     public static void main(String args[]){
         Info<Integer> i1 = new Info<Integer>() ;        // 声明Integer的泛型对象
         Info<Float> i2 = new Info<Float>() ;            // 声明Float的泛型对象
         i1.setVar(30) ;                                 // 设置整数，自动装箱
         i2.setVar(30.1f) ;                              // 设置小数，自动装箱
         fun(i1) ;
         fun(i2) ;
     }
     public static void fun(Info<? extends Number> temp){  // 只能接收Number及其Number的子类
         System.out.print(temp + "、") ;
     }
 };
 ----------------------------------------------------------
 class Info<T>{
     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<String> i1 = new Info<String>() ;      // 声明String的泛型对象
         Info<Object> i2 = new Info<Object>() ;      // 声明Object的泛型对象
         i1.setVar("hello") ;
         i2.setVar(new Object()) ;
         fun(i1) ;
         fun(i2) ;
     }
     public static void fun(Info<? super String> temp){    // 只能接收String或Object类型的泛型
         System.out.print(temp + "、") ;
     }
 };

 泛型无法向上转型

 class Info<T>{
     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 GenericsDemo23{
     public static void main(String args[]){
         Info<String> i1 = new Info<String>() ;      // 泛型类型为String
         Info<Object> i2 = null ;
         i2 = i1 ;                               //这句会出错 incompatible types
     }
 };

 泛型接口

 interface Info<T>{        // 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<T> implements Info<T>{   // 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<String> i = null;        // 声明接口对象
         i = new InfoImpl<String>("汤姆") ;  // 通过子类实例化对象
         System.out.println("内容：" + i.getVar()) ;
     }
 };
 ----------------------------------------------------------
 interface Info<T>{        // 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<String>{   // 定义泛型接口的子类
     private String var ;                // 定义属性
     public InfoImpl(String var){        // 通过构造方法设置属性内容
         this.setVar(var) ;
     }
     public void setVar(String var){
         this.var = var ;
     }
     public String getVar(){
         return this.var ;
     }
 };
 public class GenericsDemo25{
     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

 class Demo{
     public <T> T fun(T t){            // 可以接收任意类型的数据
         return t ;                  // 直接把参数返回
     }
 };
 public class GenericsDemo26{
     public static void main(String args[]){
         Demo d = new Demo() ;   // 实例化Demo对象
         String str = d.fun("汤姆") ; //   传递字符串
         int i = d.fun(30) ;     // 传递数字，自动装箱
         System.out.println(str) ;   // 输出内容
         System.out.println(i) ;     // 输出内容
     }
 };

 通过泛型方法返回泛型类型实例

 class Info<T extends Number>{ // 指定上限，只能是数字类型
     private T var ;     // 此类型由外部决定
     public T getVar(){
         return this.var ;
     }
     public void setVar(T var){
         this.var = var ;
     }
     public String toString(){       // 覆写Object类中的toString()方法
         return this.var.toString() ;
     }
 };
 public class GenericsDemo27{
     public static void main(String args[]){
         Info<Integer> i = fun(30) ;
         System.out.println(i.getVar()) ;
     }
     public static <T extends Number> Info<T> fun(T param){//方法中传入或返回的泛型类型由调用方法时所设置的参数类型决定
         Info<T> temp = new Info<T>() ;      // 根据传入的数据类型实例化Info
         temp.setVar(param) ;        // 将传递的内容设置到Info对象的var属性之中
         return temp ;   // 返回实例化对象
     }
 };

 使用泛型统一传入的参数类型

 class Info<T>{    // 指定上限，只能是数字类型
     private T var ;     // 此类型由外部决定
     public T getVar(){
         return this.var ;
     }
     public void setVar(T var){
         this.var = var ;
     }
     public String toString(){       // 覆写Object类中的toString()方法
         return this.var.toString() ;
     }
 };
 public class GenericsDemo28{
     public static void main(String args[]){
         Info<String> i1 = new Info<String>() ;
         Info<String> i2 = new Info<String>() ;
         i1.setVar("HELLO") ;        // 设置内容
         i2.setVar("汤姆") ;       // 设置内容
         add(i1,i2) ;
     }
     public static <T> void add(Info<T> i1,Info<T> i2){
         System.out.println(i1.getVar() + " " + i2.getVar()) ;
     }
 };

 泛型数组

 public class GenericsDemo30{
     public static void main(String args[]){
         Integer i[] = fun1(1,2,3,4,5,6) ;   // 返回泛型数组
         fun2(i) ;
     }
     public static <T> T[] fun1(T...arg){  // 接收可变参数
         return arg ;            // 返回泛型数组
     }
     public static <T> void fun2(T param[]){   // 输出
         System.out.print("接收泛型数组：") ;
         for(T t:param){
             System.out.print(t + "、") ;
         }
     }
 };

 泛型的嵌套设置

 class Info<T,V>{      // 接收两个泛型类型
     private T var ;
     private V value ;
     public Info(T var,V value){
         this.setVar(var) ;
         this.setValue(value) ;
     }
     public void setVar(T var){
         this.var = var ;
     }
     public void setValue(V value){
         this.value = value ;
     }
     public T getVar(){
         return this.var ;
     }
     public V getValue(){
         return this.value ;
     }
 };
 class Demo<S>{
     private S info ;
     public Demo(S info){
         this.setInfo(info) ;
     }
     public void setInfo(S info){
         this.info = info ;
     }
     public S getInfo(){
         return this.info ;
     }
 };
 public class GenericsDemo31{
     public static void main(String args[]){
         Demo<Info<String,Integer>> d = null ;       // 将Info作为Demo的泛型类型
         Info<String,Integer> i = null ;   // Info指定两个泛型类型
         i = new Info<String,Integer>("汤姆",30) ;    // 实例化Info对象
         d = new Demo<Info<String,Integer>>(i) ; // 在Demo类中设置Info类的对象
         System.out.println("内容一：" + d.getInfo().getVar()) ;
         System.out.println("内容二：" + d.getInfo().getValue()) ;
     }
 };

 

 泛型方法不一定要通过参数来确定泛型准确类型，可以只通过返回值，比如：

 public static <E> ArrayList<E> newArrayList() {
    return new ArrayList<E>();
  }

 

    public List<PrepaidHistory> queryHistories(Long skyid,PrepaidHistoryType type, Date from, Date end) {

　　　　。。。
             return Lists.newArrayList();
    }

 

这样Lists.newArrayList();
智能的知道返回类型为PrepaidHistory