了解泛型和通配符

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泛型

什么是泛型

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。
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。

引出泛型

问题: 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：

使用数组，但是数组只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; 只能放int类型 String[] strs = newString[10];只能放String类型
所有类的父类，默认为Object类。把数组创建为Object

/**
 * Object类数组
 */
class MyArray {
    public Object[] arr = new Object[5];

    public Object getPos(int pos) {
        return this.arr[pos];
    }

    public void setVal(int pos, Object val) {
        this.arr[pos] = val;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray myArray = new MyArray();
        myArray.setVal(0,19);//存放整数
        myArray.setVal(1,"hai");//存放字符串

        //String s = myArray.getPos(1);//编译报错
        String s = (String) myArray.getPos(1);//向下转型为String类
        System.out.println(s);
    }
}

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是每次当我们取数组的时候都要明确当前数组的类型了,来强转先,避免编译报错. 这样很麻烦也不科学! 更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。所以，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。 此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型。

泛型语法

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
}

上面代码可以改为:

/**
 * 泛型
 */
class MyArray2<T> {
    public T[] arr = (T[])new Object[5];

    public T getPos(int pos){
        return this.arr[pos];
    }
    public void setVal(int pos, T val){
        this.arr[pos] = val;
    }
}
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        // <>里面指定Integer了类型，说明此时这个类里面，只能放Integer这个数据类型的数据
        MyArray2<Integer> myArray = new MyArray2<>();
        myArray.setVal(0,1);// int类型可以
        myArray.setVal(1,12);// int类型可以
        // myArray.setVal(1,"hai"); // String 类型报错
        int ret = myArray.getPos(0);
        System.out.println(ret);

        // <>里面指定String了类型，说明此时这个类里面，只能放String这个数据类型的数据
        MyArray2<String> myArray1 = new MyArray2<>();
        myArray1.setVal(0,"hai");// String类型可以
        // myArray.setVal(1,1); // int类型报错
        String str = myArray1.getPos(0);
        System.out.println(str);
    }
}

代码解释：

1)类名后的<T>代表占位符,表示当前类是一个泛型类
[规范] 类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有:
。E表示Element
。K示Key
。V表示Value
。N表示Number
。T示Type
。S,U,V 等等,第二、第三、第四个类型

2)不能new泛型类型的数组
**意味着：T[] arr = new T[5];//是不对的,**但是上面的的代码：T[] arr = (T[])new Object[5];未必就足够好。

3)类型后加入<Integer>是引用类型Integer,不能是简单类型int. 而且指定当前类型,后续编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查。

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4)和Object相比不需要进行强制类型转换

泛型类的使用

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
    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！

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 String

小结：

泛型是将数据类型参数化，进行传递
使用<T> 表示当前类是一个泛型类。
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

泛型如何编译的

在这里插入图片描述

通过IDEA插件(jclasslib) 查看字节码文件，看到所有的T类型都是返回Object类。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级别实现的。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。

那么回到之前问题:为什么不可以定义一个泛型数组T[] arr = new T[5]
虽然它可以通过擦除机制成 Object[] arr = new Object[5],把数据存储在Object的数组中.但是实际上它还是会编译报错.

在这里插入图片描述

数组和泛型之间的一个重要区别是它们如何强制执行类型检查。具体来说，数组在运行时存储和检查类型信息。然而，泛型在编译时检查类型错误。
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。

正确的泛型方式

import java.lang.reflect.Array;

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 class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>(Integer.class,10);
        Integer[] integers = myArray.getArray();
    }
}

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。

语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
    ...
}

示例

public class MyArray<E extends Number> {
    //只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参
    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
}

如果没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

引用类型的比较需要继承比较器,因为Object类没有实现比较器功能,所以使用泛型的上界T extends Comparable<T>约束边界为Comparable

//写一个泛型类，找出数组当中的最大值,只要这个T，实现了这个接口就行
class Alg<T extends Comparable<T>> {
    public T findMaxVal(T[] array) {
        T maxVal = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i].compareTo(maxVal) > 0){
                maxVal = array[i] ;
            }
        }
        return maxVal;
    }
}
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Alg<Integer> alg = new Alg<>();
        Integer[] array = {78,23,190,2,9,10};
        int val = alg.findMaxVal(array);
        System.out.println(val);
    }
}

静态方法版

class Alg2 {
    public static <T extends Comparable<T>> T findMaxVal(T[] array) {
        T maxVal = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i].compareTo(maxVal) > 0){
                maxVal = array[i] ;
            }
        }
        return maxVal;
    }
}
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] array = {78,23,190,2,9,10};
        int val1 = Alg2.<Integer>findMaxVal(array);
        //Integer可以省略,因为可以从Integer[] array推导出来
        int val2 = Alg2.findMaxVal(array);
        System.out.println(val1);
        System.out.println(val2);
    }
}

通配符

? 用于在泛型的使用，即为通配符

什么是通配符

通配符是用来解决泛型无法协变的问题的，协变指的就是如果Student 是Person 的子类，那么List<Student> 也应该是List<Person> 的子类。但是泛型是不支持这样的父子类关系的。
泛型T 是确定的类型，一旦你传了我就定下来了，而通配符则更为灵活或者说是不确定，更多的是用于扩充参数的范围.

class Message<T> {
    private T message ;
    public T getMessage() {
        return message;
    }
    public void setMessage(T message) {
        this.message = message;
    }
}
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Message<String> message = new Message() ;
        message.setMessage("比特就业课欢迎您");
        fun(message);
        
        Message<Integer> message2 = new Message() ;
        message2.setMessage(10);
        fun(message2);// 出现错误，只能接收String
    }
    public static void fun(Message<String> temp){
        System.out.println(temp.getMessage());
    }
}

以上程序会带来新的问题，如果现在泛型的类型设置的不是String，而是Integer.我们需要的解决方案：可以接收所有的泛型类型，但是又不能够让用户随意修改。这种情况就需要使用通配符"?"来处理

// 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型，但是由于不确定类型，所以无法修改
public static void fun(Message<?> temp){
    //temp.setMessage(100); 无法修改！
    System.out.println(temp.getMessage());
}

通配符上界

语法：

<? extends 上界>
<? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类

记住:通配符的上界，不能进行写入数据，只能进行读取数据。

在这里插入图片描述

/**
 * 通配符上界
 */
class Food {
}
class Fruit extends Food {
}
class Apple extends Fruit {
}
class Banana extends Fruit {
}
class Eat<T> { // 设置泛型上限
    private T val ;
    public T getVal() {
        return val;
    }
    public void setVal(T val) {
        this.val = val;
    }
}
public class Test5 {
    public static void main(String[] args) {
        Eat<Apple> eat1 = new  Eat<>() ;
        eat1.setVal(new Apple());
        fun(eat1);
        Eat<Banana> eat2 = new  Eat<>() ;
        eat2.setVal(new Banana());
        fun(eat2);
    }
    // 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型，但是由于不确定类型，所以无法修改
    public static void fun(Eat<? extends Fruit> temp){
        //temp.setVal(new Banana()); //仍然无法修改！
        //temp.setVal(new Apple()); //仍然无法修改！
        System.out.println(temp.getVal());
        Fruit b = temp.getVal();
	    System.out.println(b);
    }
}

此时无法在fun函数中对temp进行添加元素，因为temp接收的是Fruit和他的子类，此时存储的元素应该是哪个子类无法确定。所以添加会报错！但是可以获取元素。

通配符下界

语法：

<? super 下界>
<? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

记住 通配符的下界，不能进行读取数据，只能写入数据。
在这里插入图片描述

/**
 * 通配符下界
 */
class Food {
}
class Fruit extends Food {
}
class Apple extends Fruit {
}
class Banana extends Fruit {
}
class Eat<T> {
    private T val ;
    public T getVal() {
        return val;
    }
    public void setVal(T val) {
        this.val = val;
    }
}

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        Eat<Fruit> eat1 = new  Eat<>() ;
        eat1.setVal(new Fruit());
        fun(eat1);
        Eat<Food> eat2 = new  Eat<>() ;
        eat2.setVal(new Food());
        fun(eat2);
    }
    //temp 接收Fruit及其子类的一个Eat
    public static void fun(Eat<? super Fruit> temp){
        // 此时可以修改！！添加的是Fruit 或者Fruit的子类
        temp.setVal(new Apple());//这个是Fruit的子类
        temp.setVal(new Fruit());//这个是Fruit的本身
        //Fruit fruit = temp.getMessage(); 不能接收，这里无法确定是哪个父类
        System.out.println(temp.getVal());//只能直接输出
    }
}
new  Eat<>() ;
        eat2.setVal(new Food());
        fun(eat2);
    }
    //temp 接收Fruit及其子类的一个Eat
    public static void fun(Eat<? super Fruit> temp){
        // 此时可以修改！！添加的是Fruit 或者Fruit的子类
        temp.setVal(new Apple());//这个是Fruit的子类
        temp.setVal(new Fruit());//这个是Fruit的本身
        //Fruit fruit = temp.getMessage(); 不能接收，这里无法确定是哪个父类
        System.out.println(temp.getVal());//只能直接输出
    }
}