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基礎(chǔ)篇：深入解析Java泛型

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 1 JAVA的Type類型體系

先了解下java的Type類型體系(類的類=>類型)，Type是所有類型(原生類型-Class、參數(shù)化類型-Parameterizedtype、數(shù)組類型-GenericArrayType、類型變量-TypeVariable、基本類型-Class)的共同接口;前兩篇反射和注解講到的Class 就是Type的一實(shí)現(xiàn)類

  • Type下面又有四個(gè)子接口類ParameterizedType、TypeVariable、GenericArrayType、WildcardType
    • List 表示泛型，E是TypeVariable類型，List 則是ParameterizedType(參數(shù)化類型)，List 里的String稱為實(shí)際參數(shù)類型
    • 具體化泛型中的類型時(shí)，可以使用 ? extends 或 ? super來表示繼承關(guān)系;如List ，而里面的 ? 稱為通配符類型WildcardType
    • GenericArrayType 表示一種元素類型是ParameterizedType(參數(shù)化類型)或者TypeVariable(類型變量)的數(shù)組類型，如T[] 或者 List []
  • 注解是JDK1.5才出現(xiàn)了的，為了表示被注解的類型的，加入AnnotatedElement類型，字面意思就是被注解的元素。JDK1.8又有了AnnotatedType將Type和被注解元素的概念關(guān)聯(lián)起來。

  • AnnotatedType也有四個(gè)子接口，和Type的四個(gè)子接口一一對(duì)應(yīng)，如：ParameterizedType類型被注解則被編譯器解析成AnnotatedParameterizedType: @AnTest("list")List list

2 泛型的概念

  • Java 泛型(generics)是JDK1.5中引入的一個(gè)新特性，其本質(zhì)是參數(shù)化類型，解決不確定具體對(duì)象類型的問題;其所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個(gè)參數(shù)(type parameter)這種參數(shù)類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中，分別稱為泛型類、泛型接口、泛型方法

泛型: 把類型明確的工作推遲到創(chuàng)建對(duì)象或調(diào)用方法的時(shí)候才去明確的特殊的類型

3 泛型類和泛型方法的示例

  • 泛型類的定義
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     private  T param; 
    3.   
  
  
  
  3. } 
    4.   
  
  
  
  4. public static void main(String[] args){ 
    5.   
  
  
  
  5.         MainTest data = new MainTest(){}; 
    6.   
  
  
  
  6.         ParameterizedType genType1 = (ParameterizedType)data.getClass().getGenericSuperclass(); 
    7.   
  
  
  
  7.   } 
    8.
  • 泛型方法的定義
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest{ 
    2.   
  
  
  
  2.     public static void main(String[] args){ 
    3.   
  
  
  
  3.         printData("siting"); 
    4.   
  
  
  
  4.     } 
    5.   
  
  
  
  5.     static   T printData(T t){ 
    6.   
  
  
  
  6.         System.out.println(t); 
    7.   
  
  
  
  7.         return t; 
    8.   
  
  
  
  8.     } 
    9.   
  
  
  
  9. } 
    10.

接口和抽象類都可以使用泛型

4 類型擦除

  • 創(chuàng)建泛型的實(shí)例時(shí)，jvm是會(huì)把具體類型擦除的;編譯生成的字節(jié)碼中不包含泛型中的類型參數(shù)，即ArrayList 和ArrayList 都擦除成了ArrayList，也就是被擦除成"原生類型"，這就是泛型擦除 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     public static void main(String[] args){ 
    3.   
  
  
  
  3.         List strArr  = new ArrayList<>(); 
    4.   
  
  
  
  4.         List intArr  = new ArrayList<>(); 
    5.   
  
  
  
  5.         Type strClazz = strArr.getClass(); 
    6.   
  
  
  
  6.         Type intClazz = intArr.getClass(); 
    7.   
  
  
  
  7.     } 
    8.   
  
  
  
  8. } 
    9.

  • 查看編譯后的字節(jié)碼文件是如何表示的: idea菜單 -> view -> show ByteCode
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     T param; 
    3.   
  
  
  
  3.     public static void main(String[] args){ 
    4.   
  
  
  
  4.         MainTest test = new MainTest<>(); 
    5.   
  
  
  
  5.         test.setParam("siting"); 
    6.   
  
  
  
  6.     } 
    7.   
  
  
  
  7.     public T getParam() {  return param;   } 
    8.   
  
  
  
  8.     public void setParam(T param) {  this.param = param;  } 
    9.   
  
  
  
  9. } 
    10.   
  
  
  
  10. public class com/MainTest { 
    11.   
  
  
  
  11.   ...省略 
    12.   
  
  
  
  12.   public static main([Ljava/lang/String;)V 
    13.   
  
  
  
  13.    L0 
    14.   
  
  
  
  14.     LINENUMBER 7 L0 
    15.   
  
  
  
  15.     NEW com/MainTest 
    16.   
  
  
  
  16.     DUP 
    17.   
  
  
  
  17.     INVOKESPECIAL com/MainTest. ()V 
    18.   
  
  
  
  18.     ASTORE 1 
    19.   
  
  
  
  19.    L1 
    20.   
  
  
  
  20.     LINENUMBER 8 L1 
    21.   
  
  
  
  21.     ALOAD 1 
    22.   
  
  
  
  22.     LDC "siting"     // 調(diào)用類型擦除后的setParam(Object) 
    23.   
  
  
  
  23.     INVOKEVIRTUAL com/MainTest.setParam (Ljava/lang/Object;)V 
    24.   
  
  
  
  24.    L2 
    25.   
  
  
  
  25.    ...省略//getParam 的返回值是Object 
    26.   
  
  
  
  26.   public getParam()Ljava/lang/Object; 
    27.   
  
  
  
  27.    L0 
    28.   
  
  
  
  28.     LINENUMBER 10 L0 
    29.   
  
  
  
  29.     ALOAD 0 
    30.   
  
  
  
  30.     GETFIELD com/MainTest.param : Ljava/lang/Object; 
    31.   
  
  
  
  31.     ARETURN 
    32.   
  
  
  
  32.    ...省略//setParam 的入?yún)⑹荗bject 
    33.   
  
  
  
  33.   public setParam(Ljava/lang/Object;)V 
    34.   
  
  
  
  34.    L0 
    35.   
  
  
  
  35.     LINENUMBER 11 L0 
    36.   
  
  
  
  36.     ALOAD 0 
    37.   
  
  
  
  37.     ALOAD 1 
    38.   
  
  
  
  38.     PUTFIELD com/MainTest.param : Ljava/lang/Object; 
    39.   
  
  
  
  39.     RETURN 
    40.   
  
  
  
  40.    ... 
    41.   
  
  
  
  41. } 
    42.

可以看出T(String)都被轉(zhuǎn)換為Object類型，最初的初始化的String不見了

5 泛型的繼承

  • 子類可以指定父類的泛型參數(shù)，可以是已知類(Integer、String等)，也可以用子類自己的泛型參數(shù)指定
  • 泛型被繼承時(shí)，且指定父類泛型參數(shù)，則額外生成的ParameterizedType類型作為子類的父類;如果沒有指定父類泛型參數(shù)，則直接繼承原生類型
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     T param; 
    3.   
  
  
  
  3.     static public class SubTest1 extends MainTest{} 
    4.   
  
  
  
  4.     static public class SubTest2 extends MainTest{} 
    5.   
  
  
  
  5.     //SubTest3繼承的時(shí)原生類型 
    6.   
  
  
  
  6.     static public class SubTest3 extends MainTest{} 
    7.   
  
  
  
  7. } 
    8.

6 泛型變量TypeVariable

  • (先臨時(shí)定義一個(gè)名稱，Test 里的E為泛型參數(shù));泛型變量TypeVariable：泛型的泛型參數(shù)就是TypeVariable;當(dāng)父類使用子類的泛型參數(shù)指定自身的泛型參數(shù)時(shí);或者泛型屬性定義在泛型類A 中，并使用泛型類A 的泛型參數(shù)T時(shí)，其泛型參數(shù)都會(huì)被編譯器定為泛型變量TypeVariable，而不是被擦除 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     List param; 
    3.   
  
  
  
  3.     public static void main(String[] args) throws Exception{ 
    4.   
  
  
  
  4.         Class clazz =  MainTest.class; 
    5.   
  
  
  
  5.         TypeVariable[] typeVariable = clazz.getTypeParameters(); 
    6.   
  
  
  
  6.         // 1 
    7.   
  
  
  
  7.         Field field = clazz.getDeclaredField("param"); 
    8.   
  
  
  
  8.         ParameterizedType arrayType = (ParameterizedType)field.getGenericType(); 
    9.   
  
  
  
  9.         // interface List 的泛型類型E被T,具體化，因此其被識(shí)別為 TypeVariable 
    10.   
  
  
  
  10.         TypeVariable variable1 = (TypeVariable)arrayType.getActualTypeArguments()[0]; 
    11.   
  
  
  
  11.         // 2 
    12.   
  
  
  
  12.         ParameterizedType type = (ParameterizedType)SubTest.class.getGenericSuperclass(); 
    13.   
  
  
  
  13.         TypeVariable variable2 = (TypeVariable)type.getActualTypeArguments()[0]; 
    14.   
  
  
  
  14.     } 
    15.   
  
  
  
  15.     static class SubTest extends MainTest{} 
    16.   
  
  
  
  16. } 
    17.

7 參數(shù)化類型ParameterizedType

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public interface ParameterizedType extends Type { 
    2.   
  
  
  
  2.     //獲取實(shí)際參數(shù)，List里的String; 如果是List則是TypeVariable類型 
    3.   
  
  
  
  3.     Type[] getActualTypeArguments();  
    4.   
  
  
  
  4.     // 獲取原始類型List -> List 
    5.   
  
  
  
  5.     Type getRawType();   
    6.   
  
  
  
  6.     Type getOwnerType(); 
    7.   
  
  
  
  7. } 
    8.
  • 需要注意的點(diǎn)，我們不能直接獲取指定具體參數(shù)的泛型的類型，如Class clazz = List .class編譯時(shí)不通過的;還有就是直接通過泛型類new創(chuàng)建的對(duì)象，其Class并非ParameterizedType類型，而是泛型本身的class，示例如下 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     public static void main(String[] args){ 
    3.   
  
  
  
  3.         MainTest str = new MainTest(); 
    4.   
  
  
  
  4.         Class variable = str.getClass(); 
    5.   
  
  
  
  5.         Type genType1 = variable.getGenericSuperclass(); 
    6.   
  
  
  
  6.     } 
    7.   
  
  
  
  7. } 
    8.

  • 被具體參數(shù)化的泛型才能被編譯器識(shí)別為ParameterizedType類型，有三種方式獲取ParameterizedType類型
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // 1 子類繼承泛型時(shí)，指定具體參數(shù)（可以是String等已知類型,也可以是子類的泛型參數(shù)） 
    2.   
  
  
  
  2. // 2 獲取在類內(nèi)部定義的泛型屬性，需指定具體泛型參數(shù) 
    3.   
  
  
  
  3. // 3 局部代碼，可以通過泛型的匿名內(nèi)部子類(需指定具體泛型參數(shù))獲取ParameterizedType類型 
    4.   
  
  
  
  4. public class MainTest { 
    5.   
  
  
  
  5.     List list; 
    6.   
  
  
  
  6.     public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException { 
    7.   
  
  
  
  7.         SubTest str = new SubTest<>(); 
    8.   
  
  
  
  8.         // 方式一 
    9.   
  
  
  
  9.         Class variable = str.getClass(); 
    10.   
  
  
  
  10.         // 父類是(521)ParameterizedType類型 
    11.   
  
  
  
  11.         ParameterizedType genType = (ParameterizedType)variable.getGenericSuperclass(); 
    12.   
  
  
  
  12.         // (521)ParameterizedType類型的原生類型是（479）class com.MainTest 
    13.   
  
  
  
  13.         Type clazz = genType.getRawType(); 
    14.   
  
  
  
  14.         //MainTest.class 的原生類型是 （479）class com.MainTest 
    15.   
  
  
  
  15.         Class rawClazz = MainTest.class; 
    16.   
  
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  
  17.         //方式二，泛型屬性 
    18.   
  
  
  
  18.         Field field = rawClazz.getDeclaredField("list"); 
    19.   
  
  
  
  19.         //屬性list 類型是(546)ParameterizedType類型List 
    20.   
  
  
  
  20.         ParameterizedType fieldType = (ParameterizedType)field.getGenericType(); 
    21.   
  
  
  
  21.  
    22.   
  
  
  
  22.         // 方式三 
    23.   
  
  
  
  23.         MainTest sub3 = new MainTest(){}; 
    24.   
  
  
  
  24.         // clazz3是匿名子類 
    25.   
  
  
  
  25.         Class clazz3 =  sub3.getClass(); 
    26.   
  
  
  
  26.         //父類是(555)ParameterizedType類型 
    27.   
  
  
  
  27.         ParameterizedType genType3 = (ParameterizedType) clazz3.getGenericSuperclass(); 
    28.   
  
  
  
  28.         // (555)ParameterizedType類型的原生類型是（479）class com.MainTest 
    29.   
  
  
  
  29.         Type type3 = genType3.getRawType(); 
    30.   
  
  
  
  30.     } 
    31.   
  
  
  
  31.     public static class SubTest extends MainTest{ } 
    32.   
  
  
  
  32. } 
    33.

8 通配符(WildcardType)

無邊界通配符：無界通配符 ? 可以適配任何引用類型:

  • 當(dāng)方法參數(shù)需要傳入一個(gè)泛型時(shí)，而且無法確定其類型時(shí)。直接使用無具體泛型變量的泛型，容易造成安全隱患;若在方法代碼里進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，極容易出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤
  • 那泛型變量用Object代替不就行了?但是泛型類+具體參數(shù)轉(zhuǎn)變的ParameterizedType(參數(shù)化類型)是不存在繼承關(guān)系;即Object是String的父類，但是List 和List 的類型是不同的兩個(gè)ParameterizedType，不存在繼承關(guān)系。于是有了類型通配符 ? 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static void print(List list){}  
    2.   
  
  
  
  2. ----->>> 
    3.   
  
  
  
  3. public static void print(List list){}  
    4.

  • 無界通配符可以匹配任意類型;但是在使用?時(shí)，不能給泛型類的變量設(shè)置值，因?yàn)槲覀儾恢谰唧w類型是什么;如果強(qiáng)行設(shè)置新值，后面的讀容易出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤。因此編譯器限制了**通配符 ?**的泛型只能讀不能寫

上界限定通配符 < ? extends E>

  • 想接收一個(gè)List集合，它只能操作數(shù)字類型的元素【Float、Integer、Double、Byte等數(shù)字類型都行】，怎么做?可以使用List ，表明List里的元素都是Number的子類
    •   
  
  
  
      
   
   
   
   
    1. public static void print(List list) { 
      2.    
   
   
   
    2.         Number n = new Double("1.0"); 
      3.    
   
   
   
    3.         list.add(n); 
      4.    
   
   
   
    4.         Number tmp = list.get(0); 
      5.    
   
   
   
    5.     } 
      6.

  • 圖片里可以看出，存在上界通配符，因?yàn)榫唧w類型不確定，也是只能讀不能寫的

下界限定通配符 < ? super E>

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. class Parent{ } 
    2.   
  
  
  
  2. class Child extends Parent{ } 
    3.   
  
  
  
  3. public class MainTest { 
    4.   
  
  
  
  4.     T param; 
    5.   
  
  
  
  5.     public static void main(String[] args){ 
    6.   
  
  
  
  6.         MainTest parent_m = new MainTest<>(); 
    7.   
  
  
  
  7.         parent_m.setParam(new Child()); 
    8.   
  
  
  
  8.         Object parent = parent_m.getParam(); 
    9.   
  
  
  
  9.     } 
    10.   
  
  
  
  10.     public T getParam() {  return param;  } 
    11.   
  
  
  
  11.     public void setParam(T param) {  this.param = param; } 
    12.   
  
  
  
  12. } 
    13.

  • 如果定義了通配符是誰的父類，則是下界限定通配符;此類通配符可讀可寫，轉(zhuǎn)成任意父類都不會(huì)出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤。
  • 個(gè)人猜想：難道是因?yàn)橥ㄅ浞蜕辖缦薅ㄍㄅ浞姆盒?向下轉(zhuǎn)型容易出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤，而下界限定通配符向上轉(zhuǎn)型不會(huì)出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤，因此java規(guī)范限制前者編譯出錯(cuò)，而后面編譯通過?

9 泛型數(shù)組(GenericArrayType)

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public interface GenericArrayType extends Type { 
    2.   
  
  
  
  2.     //獲得這個(gè)數(shù)組元素類型，即獲得：A（A[]）或  T（T[]） 
    3.   
  
  
  
  3.     Type getGenericComponentType(); 
    4.   
  
  
  
  4. } 
    5.
  • GenericArrayType，泛型數(shù)組，描述的是ParameterizedType類型以及TypeVariable類型數(shù)組，即形如：Test [][]、T[]等，是GenericArrayType的子接口 
 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class MainTest { 
    2.   
  
  
  
  2.     T[] param; 
    3.   
  
  
  
  3.     public static void main(String[] args) throws Exception{ 
    4.   
  
  
  
  4.         Class clazz =  MainTest.class; 
    5.   
  
  
  
  5.         Field field = clazz.getDeclaredField("param"); 
    6.   
  
  
  
  6.         GenericArrayType arrayType = (GenericArrayType)field.getGenericType(); 
    7.   
  
  
  
  7.         TypeVariable variable = (TypeVariable) arrayType.getGenericComponentType(); 
    8.   
  
  
  
  8.     } 
    9.   
  
  
  
  9. } 
    10.

本文名稱：基礎(chǔ)篇：深入解析Java泛型
網(wǎng)頁網(wǎng)址：http://uogjgqi.cn/article/cccciig.html
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