Java 泛型详解：泛型类、泛型接口、泛型方法

泛型按照使用方法分为三种情况：

1. 泛型类
2. 泛型接口
3. 泛型方法

泛型类

• 泛型允许我们使用类型参数Type parameter，它用一个自定义的标识符(T、V、E)来代表一个类型，用< >括住，放在类名后面。然后在类定义中所有使用该类型的地方都用这个标识符来代替，因为在定义这个类的时候还不知道这个具体类型到底是哪个类型。
• 可使用类型参数Type parameter的地方：声明变量、形参、返回值、强制类型转换。注意不可以用于构造器。
• 在使用泛型类时（区别于定义泛型类时），< >里面的类型必须被具体类型或定义泛型类时的类型参数所确定。如果是被定义泛型类时的类型参数确定的这种情况，则是把确定类型的任务交给了定义泛型类，这种情况常出现在泛型类的继承、或内部类。
• 泛型与多态不冲突。当使用泛型类class store<phone>时，你既可以使用phone，也可以使用vivoPhone。

泛型类的继承

class two<A,B> {//定义泛型类
}
class three<C> extends two<A, B> {//报错can't resolve symbol 'A',can't resolve symbol 'B'
}

class two<A,B> {
}
class three<A,B,C> extends two<A, B> {
}

在第一段代码中，类three的声明会报错，而第二段不会。这是因为，class three<A,B,C>属于声明泛型类，而extends two<A, B>属于使用泛型类。使用泛型类的时候类型参数必须被确定，这里extends two<A, B>中的A,B被泛型类class three<A,B,C>的声明里的A,B所确定。
虽然extends two<A, B>中的A,B不是具体类型却还是类型参数，但有了声明泛型类class three<A,B,C>的保证，A,B最终能被具体类型所确定。

泛型与内部类

此例实现了一个简单的栈，内部原理是链式存储。

// A stack implemented with an internal linked structure.

public class LinkedStack<T> {//声明泛型类
    private static class Node<U> {//声明泛型类
        U item;
        Node<U> next;
        Node() { item = null; next = null; }
        Node(U item, Node<U> next) {
            this.item = item;
            this.next = next;
        }
        boolean end() { return item == null && next == null; }
    }
    private Node<T> top = new Node<T>(); //使用泛型类，但这里被定义泛型类的类型参数确定
    public void push(T item) {
        top = new Node<T>(item, top);
    }   
    public T pop() {
        T result = top.item;
        if(!top.end())
            top = top.next;
        return result;
    }
    public static void main(String[] args) {
        LinkedStack<String> lss = new LinkedStack<String>();
        for(String s : "Phasers on stun!".split(" "))
            lss.push(s);
        String s;
        while((s = lss.pop()) != null)
            System.out.println(s);
    }
} /* Output:
stun!
on
Phasers
*///:~

类LinkedStack中有个内部类Node，它们都是泛型类。在定义泛型类Node时，类型参数没有被确定，当然也不需要被确定。在使用泛型类private Node<T> top = new Node<T>()时，Node的类型参数被定义泛型类LinkedStack的T所确定，因为这句private Node<T> top = new Node<T>()处于LinkedStack的类定义中，所以这样用也合理。

泛型接口

• 各方面和泛型类都是类似的。自定义的标识符(T、V、E)来代表一个类型，用< >括住，放在接口名后面。
• 在使用泛型接口时，< >里面的类型必须被具体类型、定义泛型类或泛型接口时的类型参数所确定。不过一般泛型接口多被具体类型确定。

泛型接口的实现

interface two<A>{

}
class three<A,B> implements two<A>{

}
interface four<A,B> extends two<A>{
    
}

上例说明了使用泛型接口时，可以被定义泛型类或泛型接口时的类型参数所确定。

interface two<A>{
    A f(A a);
}
class impl implements two<Object>{
    public Object f(Object a){
        return new Object();
    }
}

当使用泛型接口时，确定好的具体类型要覆盖掉原来的所有使用类型参数的地方。比如类impl中的f方法中，所有使用A的地方都要用Object替换掉。

泛型方法

• 自定义的标识符(T、V、E)来代表一个类型，用< >括住，放在方法返回值前面。可以被用到形参声明、方法返回值、方法定义中的变量声明和类型转换。
• 泛型方法使得该泛型方法的类型参数独立于类而产生变化。泛型方法和泛型类没有关系。
• 泛型方法的类型参数，一般情况下都是被推断inference出来。更具体地讲，只能被形参或返回值推断出来，当形参和返回值用了同一个类型参数时，二者推断出来的类型必须一样、或者符合多态。
• 形参的类型参数通过实参确定；返回值的类型参数通过方法返回值赋值的对象确定。这也就是类型参数推断。
• 当形参的类型参数和返回值的类型参数是同一个时，优先使用形参的推断。因为返回值的类型参数的推断是一种拖延行为。
• 类的成员方法可以使用定义泛型类的类型参数（注意，这种方法不是泛型方法，只不过使用了类型参数而已）；而类的静态方法不可以使用泛型类的类型参数，这是因为只有当创建泛型类对象时类型参数才会被具体类型确定，也就是说，泛型类的类型参数是与对象相关的。那么，很自然地，作为一个static方法肯定不可以使用泛型类的类型参数。static方法想用到泛型只能将其定义为泛型方法。

形参的类型参数通过实参确定

class GenericMethods {
    public <T> void f(T x) {
        System.out.println(x.getClass().getName());
    }
    public void testInt(){
        f(1);
    }
}

public class testP {
    public static void main(String[] args) {
        GenericMethods gm = new GenericMethods();
        gm.f("");
        gm.f(1);
        gm.f(1.0);
        gm.f(1.0F);
        gm.f('c');
        gm.f(gm);
        gm.testInt();
    }
}

f方法是一个泛型方法，返回值是void，形参是< >里的T。调用泛型方法，既可以通过对象来调用，例如gm.f("");，此时T被推断为String类型；也可以在除该泛型方法外，且类定义中调用，例如testInt()方法中，此时T被推断为int类型。
泛型方法和自动打包让f方法看起来像是被无限重载了一样。

泛型方法被多个形参推断

public class Test {  
    public static void main(String[] args) {  

        /**依靠类型参数推断*/  
        int i = Test.add(1, 2); //这两个参数都是Integer，所以T为Integer类型  
        Number f = Test.add(1, 1.2); //这两个参数一个是Integer，以风格是Float，所以取同一父类的最小级，为Number  
        Object o = Test.add(1, "asd"); //这两个参数一个是Integer，以风格是Float，所以取同一父类的最小级，为Object  

        /**显式的类型说明*/  
        int a = Test.<Integer>add(1, 2); //指定了Integer，所以只能为Integer类型或者其子类  
        int b = Test.<Integer>add(1, 2.2); //编译错误，指定了Integer，不能为Float  
        Number c = Test.<Number>add(1, 2.2); //指定为Number，所以可以为Integer和Float  
    }  

    //这是一个简单的泛型方法  
    public static <T> T add(T x,T y){  
        return y;  
    }  
}

add方法的两个形参都使用到了类型参数T，即使用了同一个类型参数。那么在推断的时候会依靠两个实参的共同最小父类来推断（就好像数学里的最小公倍数）。

返回值的类型参数通过方法返回值赋值的对象确定

class GenericMethods {
    public <T> T f2(Object x) {
        System.out.println(x.getClass().getName());
        return (T)x;
    }
}

public class testP {
    public static void main(String[] args) {
        GenericMethods gm = new GenericMethods();
        int o1 = gm.f2(2);
        String o2 = gm.f2(2);//能通过编译，但运行时报错
        gm.f2(1.2);//
    }
}

f2方法是一个泛型方法，返回值是< >里的T，形参是Object x。

• 执行int o1 = gm.f2(2)后，由于f2方法返回值赋值给了一个int变量，那么这里T就被推断为了int，并且在f2方法的运行过程中，所有使用T的地方都会替换为int，所以return (T)x;实际是执行的return (int)x;。所以，整个运行过程是，2被向上转型为Object，然后强行cast为了int，最后被返回出来。
• 执行String o2 = gm.f2(2)后，由于这里T就被推断为了String，一个实际为2的Object对象在向上转型为String类型时，会受到RTTI的检查，被发现无法转型后便报错。
• 执行gm.f2(1.2)后，由于返回值没有赋值给对象，所以T没有被推断出来，也不需要被推断出来。因为没有进行赋值，返回值并不关心。

形参和返回值用了同一个类型参数

class A{}
class B extends A{}

class GenericMethods {
    public <T> T f1(T x) {
        System.out.println(x.getClass().getName());
        return x;
    }
}

public class testP {
    public static void main(String[] args) {
        GenericMethods gm = new GenericMethods();
        int i = gm.f1(1);
        //String s = gm.f1(1);
        A a = gm.f1(new B());
        //B b = gm.f1(new A());
    }
}

f1方法是一个泛型方法，返回值是< >里的T，形参也是< >里的T。这种情况只使用形参的类型推断，因为靠返回值推断是一种推延行为。

• 执行int i = gm.f1(1)时，形参处的T被推断为int，所以没有问题。
• 执行String s = gm.f1(1)时，形参处的T被推断为int，然后返回值int赋值给一个String类型，所以这里编译报错。
• 执行A a = gm.f1(new B())时，形参处的T被推断为B。然后返回值B对象赋值给一个A类型，这里向上转型。
• 执行B b = gm.f1(new A())时，形参处的T被推断为A。然后返回值A对象赋值给一个B类型，这里向下转型，不可以，编译报错。
• 这里如果是B b = (B) gm.f1(new A())则能够编译通过。这里把工作交给了强制类型转换，编译器便不会报错了，但运行报错。

泛型方法定义中的类型推断

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class New {
    public static <K,V> Map map() {
        return new HashMap<K,V>();//泛型方法定义中使用类型参数
    }
    public static <T> List list() {
        return new ArrayList<T>();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,List<String>> sls = New.map();
        List<String> ls = New.list();
    }
}

注意这种情况一般都是发生在return语句里。通过泛型方法的赋值，推断出了泛型方法定义中的类型参数的具体类型。

静态方法不可以使用泛型类定义的类型参数

class two<A>{
    public void f(A a){//只是一个使用了类型参数的成员方法
        System.out.println(a);
    }

//    public static void f1(A a){//静态方法不可以使用泛型类定义的类型参数
//        System.out.println(a);
//    }

    public static <A> void staticF(A a){//泛型方法，静态方法
        System.out.println(a);
    }

    public <A> void memberF(A a){//泛型方法，成员方法
        System.out.println(a);
    }
}

注意staticF方法里的A和two<A>里的A没有任何关系。同样，memberF方法里的A和two<A>里的A没有任何关系。因为这二者都是泛型方法。
two<A>里的A是与对象相关的，只有创建对象时才能确定。f1是静态方法，自然不可能与对象相关的东西有关系。

泛型方法返回值赋值给形参

这种情况区别于泛型方法返回值赋值给变量。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class LimitsOfInference {
    static void f(Map<String,Integer> petPeople) {

    }
    public static void main(String[] args) {
         f(New.map()); //报一个警告
    }
}

public class New {
    public static <K,V> Map map() {
        return new HashMap<K,V>();
    }
}

警告内容为：
说明泛型方法中的类型参数并没有被推断出来，所以这里泛型方法返回值只知道是个Map。

而为了这里不报警告，则需要使用显示的类型说明，在调用泛型方法时，在点操作符和方法名之间插入尖括号，然后把具体类型放在里面。这种语法很少见，在这样的非赋值语句中，才需要用到，一般用类型参数推断就可以解决。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class LimitsOfInference {
    static void f(Map<String,Integer> petPeople) {

    }
    public static void main(String[] args) {
         f(New.<String,Integer>map()); //不报任何警告
    }
}
public class New {
    public static <K,V> Map map() {
        return new HashMap<K,V>();
    }
}

可变参数和泛型方法

import java.util.*;

public class GenericVarargs {
    public static <T> List<T> makeList(T... args) {
        List<T> result = new ArrayList<T>();
        for(T item : args)
            result.add(item);
        return result;
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<String> ls = makeList("A");
        System.out.println(ls);
        ls = makeList("A", "B", "C");
        System.out.println(ls);
        ls = makeList("ABCDEFFHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".split(""));
        System.out.println(ls);
    }
} /* Output:
[A]
[A, B, C]
[, A, B, C, D, E, F, F, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z]
*///:~

makeList方法的功能类似于java.util.Arrays.asList()的功能。

泛型类和泛型方法

此例中泛型类和泛型方法同时存在。有一个泛型接口Generator用来产生某种对象。CountedObject类必须有默认构造器因为newInstance。

interface Generator<T> {
    T next();
}

class CountedObject {
    private static long counter = 0;
    private final long id = counter++;// 用于记录创建对象的次数
    public long getId() {
        return id;
    }
    public String toString() {
        return "CountedObject" + id;
    }
}

public class BasicGenerator<T> implements Generator<T> {
    private Class<T> type;
    public BasicGenerator(Class<T> type) {
        this.type = type;
    }
    
    @Override
    public T next() {
        try {
            return type.newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    
    public static <T> Generator<T> create(Class<T> type) {//静态泛型方法
        return new BasicGenerator<T>(type);
    }
  
    public static void main(String[] args) {
        Generator<CountedObject> gen = BasicGenerator.create(CountedObject.class);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(gen.next());
        }
    }
}

• create方法是静态的泛型方法，而泛型类 BasicGenerator 的类型参数是与对象相关的，所以 create方法里的 T 不是泛型类的 T。或者说，在create方法里，create方法的<T>暂时隐藏了BasicGenerator<T>的<T>，这使得泛型方法的类型参数独立于对象。
• 此例体现了泛型方法的好处，由于泛型方法的类型参数推断，所以这里允许执行BasicGenerator.create(CountedObject.class)，而不是去执行麻烦的new BasicGenerator<CountedObject>(CountedObject.class)。简单的说，让你少写了尖括号。
• 注意一下create方法的return语句和返回值，可以看出Generator<CountedObject>是BasicGenerator<CountedObject>的父类。注意这种与泛型有关的多态。

泛型类中的成员泛型方法和静态泛型方法

对上例进行修改，使其同时拥有成员的泛型方法和静态的泛型方法，且这两种泛型方法使用的类型参数和泛型类的类型参数是同一个（都用的T）。staticCreate和memberCreate的返回值都进行了修改，使其返回子类BasicGenerator而不是父接口Generator，这是为了对象方便调用新增加的成员方法。

//前面省略
public class BasicGenerator<T> implements Generator<T> {
    private Class<T> type;
    public BasicGenerator(Class<T> type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public T next() {
        try {
            return type.newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static <T> BasicGenerator<T> staticCreate(Class<T> type) {//静态的泛型方法
        return new BasicGenerator<T>(type);
    }

    public <T> BasicGenerator<T> memberCreate(Class<T> type) {//成员的泛型方法
        return new BasicGenerator<T>(type);
    }

    public <T> void test (T t) {//成员的泛型方法
        System.out.println(t.getClass().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        BasicGenerator<CountedObject> gen = BasicGenerator.staticCreate(CountedObject.class);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(gen.next());
        }
        gen.test("");//这里独立于类，泛型方法test推断出了自己的类型参数T为String，而不是gen对象确定的CountedObject
        gen.test(1);
        BasicGenerator<String> gen1 = gen.memberCreate(String.class);
        System.out.println(gen1.type.getName());
    }
}/*output:
CountedObject0
CountedObject1
CountedObject2
CountedObject3
CountedObject4
java.lang.String
java.lang.Integer
java.lang.String
*/

从运行结果可以看出：泛型方法不管是静态的还是成员的，就算和泛型类使用了同一个类型参数T，在泛型方法中也会暂时隐藏泛型类的类型参数，而使用自己的类型参数，并且把确定具体类型的任务交给了类型参数推断。这样，就做到了泛型方法能够独立于泛型类的类型参数而产生变化。

匿名内部类和泛型

本例使用了匿名内部类来继承并实现泛型接口。

interface Generator<T> {//定义泛型接口
    T next();
}

class Customer {
    private static long counter = 1;
    private final long id = counter++;
    private Customer() {}
    public String toString() { return "Customer " + id; }
    // A method to produce Generator objects:
    public static Generator<Customer> generator() {
        return new Generator<Customer>() {//使用泛型接口
            public Customer next() { return new Customer(); }
        };
    }
} 

return new Generator<Customer>()这里属于使用泛型接口，既然是使用，那么必须把类型参数确定下来，并且把使用了类型参数的地方进行替换，替换为Customer。继承并实现泛型类的匿名内部类同理。

个人理解总结

• 泛型的类型参数看起来就像是让代码变成了一套模板，当给定具体类型时，模板里的类型参数就会被替换以生效。
• 泛型这种类似“模板”的灵活性，在使用泛型时（生成泛型类对象）得以体现，但在使用泛型后（在泛型类对象上调用方法）失去。