泛型详解 高级进阶

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前言:被温水煮惯了,梦想的东西总是不敢于尝试,失败了又怎样,最多从头来过。

相关文章:

1、《夯实JAVA基本之一 —— 泛型详解(1):基本使用》
2、《夯实JAVA基本之一——泛型详解(2):高级进阶》
3、《夯实JAVA基本之二 —— 反射(1):基本类周边信息获取》
4、《夯实JAVA基本之二 —— 反射(2):泛型相关周边信息获取》
5、《夯实JAVA基本之二 —— 反射(3):类内部信息获取》


上一篇给大家初步讲解了泛型变量的各种应用环境,这篇将更深入的讲解一下有关类型绑定,通配符方面的知识。

一、类型绑定

1、引入

我们重新看上篇写的一个泛型:
class Point {  
    private T x;       // 表示X坐标  
    private T y;       // 表示Y坐标  
  
    public void setX(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
  
    public void setY(T y) {  
        this.y = y;  
    }  
  
    public T getX() {  
        return this.x;  
    }  
  
    public T getY() {  
        return this.y;  
    }  
}  
  
//使用  
Point p1 = new Point();  
p1.setX(new Integer(100));  
System.out.println(p1.getX());
首先,我们要知道一点,任何的泛型变量(比如这里的T)都是派生自Object,所以我们在填充泛型变量时,只能使用派生自Object的类,比如String,Integer,Double,等而不能使用原始的变量类型,比如int,double,float等。然后,问题来了,那在泛型类Point内部,利用泛型定义的变量T x能调用哪些函数呢?
private T x; 
当然只能调用Object所具有的函数,因为编译器根本不知道T具体是什么类型,只有在运行时,用户给什么类型,他才知道是什么类型。编译器唯一能确定的是,无论什么类型,都是派生自Object的,所以T肯定是Object的子类,所以T是可以调用Object的方法的。那么问题又来了,如果我想写一个找到最小值的泛型类;由于不知道用户会传什么类型,所以要写一个接口,让用户实现这个接口来自已对比他所传递的类型的大小。接口如下:
public interface Comparable{  
    public boolean compareTo(T i);  
}  
但如果我们直接利用T的实例来调用compareTo()函数的话,会报错,编译器截图如下:

这是因为,编译器根本无法得知T是继承自Comparable接口的函数。那怎么样才能让编译器知道,T是继承了Comparable接口的类型呢?这就是类型绑定的作用了。

2、类型绑定:extends

(1)、定义有时候,你会希望泛型类型只能是某一部分类型,比如操作数据的时候,你会希望是Number或其子类类型。这个想法其实就是给泛型参数添加一个界限。其定义形式为:
  
此定义表示T应该是BoundingType的子类型(subtype)。T和BoundingType可以是类,也可以是接口。另外注意的是,此处的”extends“表示的子类型,不等同于继承。一定要非常注意的是,这里的extends不是类继承里的那个extends!两个根本没有任何关联。在这里extends后的BoundingType可以是类,也可以是接口,意思是说,T是在BoundingType基础上创建的,具有BoundingType的功能。目测是JAVA的开发人员不想再引入一个关键字,所以用已有的extends来代替而已。

(2)、实例:绑定接口

同样,我们还使用上面对比大小的接口来做例子首先,看加上extends限定后的min函数:
public interface Comparable {  
    public boolean compareTo(T i);  
}  
//添加上extends Comparable之后,就可以Comparable里的函数了  
public static   T min(T...a){  
    T smallest = a[0];  
    for(T item:a){  
        if (smallest.compareTo(item)){  
            smallest = item;  
        }  
    }  
    return smallest;  
}  
这段代码的意思就是根据传进去的T类型数组a,然后调用其中item的compareTo()函数,跟每一项做对比,最终找到最小值。从这段代码也可以看出,类型绑定有两个作用:1、对填充的泛型加以限定 2、使用泛型变量T时,可以使用BoundingType内部的函数。这里有一点非常要注意的是,在这句中smallest.compareTo(item),smallest和item全部都是T类型的,也就是说,compareTo对比的是同一种类型。然后我们实现一个派生自Comparable接口的类:
public class StringCompare implements Comparable {  
    private String mStr;  
  
    public StringCompare(String string){  
        this.mStr = string;  
    }  
  
    @Override  
    public  boolean compareTo(StringCompare str) {  
        if (mStr.length() > str.mStr.length()){  
            return true;  
        }  
        return false;  
    }  
}  
在这段代码,大家可能会疑惑为什么把T也填充为StringCompare类型,记得我们上面说的吗:smallest.compareTo(item),smallest和item是同一类型!!所以compareTo的参数必须是与调用者自身是同一类型,所以要把T填充为StringCompare;在这段代码中compareTo的实现为,对比当前mstr的长度与传进来实例的mstr长度进行比较,如果超过,则返回true,否则返回false;最后是使用min函数:
StringCompare result = min(new  StringCompare("123"),new StringCompare("234"),new StringCompare("59897"));  
Log.d(TAG,"min:"+result.mStr);  
结果如下:

这里有extends接口,我们开篇说过,extends表示绑定,后面的BindingType即可以是接口,也可以是类,下面我们就再举个绑定类的例子。

源码在文章底部给出

(3)、实例:绑定类我们假设,我们有很多种类的水果,需要写一个函数,打印出填充进去水果的名字:为此,我们先建一个基类来设置和提取名字:

class Fruit {  
    private String name;  
  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
}  
然后写个泛型函数来提取名字:
public static  String getFruitName(T t){  
    return t.getName();  
}  
这里泛型函数的用法就出来了,由于我们已知水果都会继承Fruit基类,所以我们利用就可以限定填充的变量必须派生自Fruit的子类。一来,在T中,我们就可以利用Fruit类中方法和函数;二来,如果用户填充进去的类没有派生自Fruit,那编译器就会报错。然后,我们新建两个类,派生自Fruit,并填充进去它们自己的名字:
class Banana extends Fruit{  
    public Banana(){  
        setName("bababa");  
    }  
}  
class Apple extends Fruit{  
    public Apple(){  
        setName("apple");  
    }  
}  
最后调用:
String name_1 = getFruitName(new Banana());  
String name_2 = getFruitName(new Apple());  
Log.d(TAG,name_1);  
Log.d(TAG,name_2); 
结果如下:

源码在文章底部给出

(4)、绑定多个限定上面我们讲了,有关绑定限定的用法,其实我们可以同时绑定多个绑定,用&连接,比如:
public static  String getFruitName(T t){  
    return t.getName();  
}  
再加深下难度,如果我们有多个泛型,每个泛型都带绑定,那应该是什么样子的呢:
public static  T foo(T a, U b){  
    …………  
}  
大家应该看得懂,稍微讲一下:这里有两个泛型变量T和U,将T与Comparable & Serializable绑定,将U与Runnable绑定。好了,这部分就讲完了,下面讲讲有关通配符的用法。通配符是一个非常令人头疼的一个功能,理解与掌握难度比较大,下面我尽力去讲明白它与泛型变量的区别与用法。
重新来看我们上篇用的Point泛型定义:
class Point {  
    private T x;        
    private T y;        
      
    public Point(){  
          
    }  
    public Point(T x,T y){  
        this.x = x;  
        this.y = y;  
    }  
  
    public void setX(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
  
    public void setY(T y) {  
        this.y = y;  
    }  
  
    public T getX() {  
        return this.x;  
    }  
  
    public T getY() {  
        return this.y;  
    }  
}  
这段代码很简单,引入了一个泛型变量T,然后是有两个构造函数,最后分别是利用set和get方法来设置和获取x,y的值。这段代码没什么难度,不再细讲。我们看看下面这段使用的代码:
Point integerPoint = new Point(3,3);  
…………  
Point floatPoint = new Point(4.3f,4.3f);  
…………  
Point doublePoint = new Point(4.3d,4.90d);  
…………  
Point longPoint = new Point(12l,23l);  
…………  
在这段代码中,我们使用Point生成了四个实例:integerPoint,floatPoint,doublePoint和longPoint;在这里,我们生成四个实例,就得想四个名字。如果我们想生成十个不同类型的实例呢?那不得想十个名字。光想名字就是个事,(其实我并不觉得想名字是个什么大事…… T _ T ,没办法,想不出更好的例子了…… )那有没有一种办法,生成一个变量,可以将不同类型的实例赋值给他呢?(1)、概述先不讲无边界通配符是什么,同样拿上面的例子来看,如果我们这样实现:
Point point;  
  
point = new Point(3,3);  
point = new Point(4.3f,4.3f);  
point = new Point(4.3d,4.90d);  
point = new Point(12l,23l);  
在这里,我们首先,利用下面的代码生成一个point实例,注意到,在填充泛型时,用的是?
Point point;
然后,各种类型的Point实例,都可以赋值给point了:
point = new Point(3,3);  
point = new Point(4.3f,4.3f);  
point = new Point(4.3d,4.90d);  
point = new Point(12l,23l);
这里的?就是无边界通配符。通配符的意义就是它是一个未知的符号,可以是代表任意的类。所以这里可能大家就明白了,这里不光能将泛型变量T填充为数值类型,其实任意Point实例都是可以传给point的:比如这里的Point(),Point()都是可以的


(2)、?与T的区别大家可能会有疑问,那无边界通配符?与泛型变量T有什么区别呢?答案是:他们俩没有任何联系!!!!!泛型变量T不能在代码用于创建变量,只能在类,接口,函数中声明以后,才能使用。比如:

public class Box {  
   public T get(){  
       …………  
   };  
   public void put(T element){  
       …………  
   };  
}  
而无边界通配符?则只能用于填充泛型变量T,表示通配任何类型!!!!再重复一遍:?只能用于填充泛型变量T。它是用来填充T的!!!!只是填充方式的一种!!!比如:
//无边界通配符填充  
Box box;  
//其它类型填充  
Box stringBox;  
(3)、通配符只能用于填充泛型变量T,不能用于定义变量大家一定要记得,通配符的使用位置只有:
Box box;  
box = new Box();  
即填充泛型变量T的位置,不能出现在后面String的位置!!!!下面的第三行,第四行,都是错误的。通配符不能用于定义变量。


再次强调,?只能出现在Box box;中,其它位置都是不对的。

3、通配符?的extends绑定

(1)、概述从上面我们可以知道通配符?可以代表任意类型,但跟泛型一样,如果不加以限定,在后期的使用中编译器可能不会报错。所以我们同样,要对?加以限定。 绑定的形式,同样是通过extends关键字,意义和使用方法都用泛型变量一致。 同样,以我们上面的Point泛型类为例,因为Point在实例意义中,其中的值是数值才有意义,所以将泛型变量T填充为Object类型、String类型等都是不正确的。 所以我们要对Point point加以限定:只有数值类型才能赋值给point; 我们把代码改成下面的方式:


我们给通配符加上限定: Point point;此时,最后两行,当将T填充为String和Object时,赋值给point就会报错!这里虽然是指派生自Number的任意类型,但大家注意到了没: new Point();也是可以成功赋值的,这说明包括边界自身。再重复一遍:无边界通配符只是泛型T的填充方式,给他加上限定,只是限定了赋值给它(比如这里的point)的实例类型。如果想从根本上解决乱填充Point的问题,需要从Point泛型类定义时加上:

class Point {  
    private T x;       // 表示X坐标  
    private T y;       // 表示Y坐标  
  
   …………  
}  
(2)注意:利用定义的变量,只可取其中的值,不可修改看下面的代码:


明显在point.setX(Integer(122));时报编译错误。但point.getX()却不报错。这是为什么呢?首先,point的类型是由Point决定的,并不会因为point = new Point(3,3);而改变类型。即便point = new Point(3,3);之后,point的类型依然是Point,即派生自Number类的未知类型!!!这一点很好理解,如果在point = new Point(3,3);之后,point就变成了Point类型,那后面point = new Point(12l,23l);操作时,肯定会因为类型不匹配而报编译错误了,正因为,point的类型始终是Point,因此能继续被各种类型实例赋值。回到正题,现在说说为什么不能赋值正因为point的类型为 Point point,那也就是说,填充Point的泛型变量T的为,这是一个什么类型?未知类型!!!怎么可能能用一个未知类型来设置内部值!这完全是不合理的。但取值时,正由于泛型变量T被填充为,所以编译器能确定的是T肯定是Number的子类,编译器就会用Number来填充T

也就是说,编译器,只要能确定通配符类型,就会允许,如果无法确定通配符的类型,就会报错。


4、通配符?的super绑定

(1)、概述如果说 指填充为派生于XXX的任意子类的话,那么则表示填充为任意XXX的父类!我们先写三个类,Employee,Manager,CEO,分别代表工人,管理者,CEO其中Manager派生于Employee,CEO派生于Manager,代码如下:
class CEO extends Manager {  
}  
  
class Manager extends Employee {  
}  
  
class Employee {  
}  
然后,如果我这样生成一个变量:
 List list;
它表示的意思是将泛型T填充为,即任意Manager的父类;也就是说任意将List中的泛型变量T填充为Manager父类的List变量,都可以赋值给list;

从上面的代码中可以看出new ArrayList(),new ArrayList()都是正确的,而new ArrayList()却报错,当然是因为CEO类已经不再是Manager的父类了。所以会报编译错误。这里还要注意一个地方,从代码中可以看出new ArrayList()是可以成功赋值给 List list的,可见,super关键字也是包括边界的。即边界类型(这里是Manager)组装的实例依然可以成功赋值。

(2)、super通配符实例内容:能存不能取

上面我们讲了,extends通配符,能取不能存,那super通配符情况又怎样呢?我们试试看:


先看存的部分:

List list;  
list = new ArrayList();  
//存  
list.add(new Employee()); //编译错误  
list.add(new Manager());  
list.add(new CEO());  
首先,需要声明的是,与Point point中point的类型是由Point确定的,相同的是list的类型是也是由List ;list的item的类型始终是,即Manager类的任意父类,即可能是Employee或者Object.大家可能疑惑的地方在于,为什么下面这两个是正确的!而list.add(new Employee()); 却是错误的!
list.add(new Manager());  
list.add(new CEO());  
因为list里item的类型是,即Manager的任意父类,我们假如是Employee,那下面这段代码大家能理解了吧:
List list = new ArrayList();  
list.add(new Manager());  
list.add(new CEO()); 
在这里,正因为Manager和CEO都是Employee的子类,在传进去list.add()后,会被强制转换为Employee!现在回过头来看这个:
List list;  
list = new ArrayList();  
//存  
list.add(new Employee()); //编译错误  
list.add(new Manager());  
list.add(new CEO());
编译器无法确定的具体类型,但唯一可以确定的是Manager()、CEO()肯定是的子类,所以肯定是可以add进去的。但Employee不一定是的子类,所以不能确定,不能确定的,肯定是不允许的,所以会报编译错误。最后再来看看取:


在这段代码中,Object object = list.get(0);是不报错的,而Employee employee = list.get(0);是报错的;我们知道list中item的类型为,那编译器能肯定的是肯定是Manger的父类;但不能确定,它是Object还是Employee类型。但无论是填充为Object还是Employee,它必然是Object的子类!所以Object object = list.get(0);是不报错的。因为 list.get(0);肯定是Object的子类;而编译器无法判断list.get(0)是不是Employee类型的,所以Employee employee = list.get(0);是报错的。这里虽然看起来是能取的,但取出来一个Object类型,是毫无意义的。所以我们认为super通配符:能存不能取;

5、通配符?总结

总结 ? extends 和 the ? super 通配符的特征,我们可以得出以下结论:

◆ 如果你想从一个数据类型里获取数据,使用 ? extends 通配符(能取不能存)◆ 如果你想把对象写入一个数据结构里,使用 ? super 通配符(能存不能取)

◆ 如果你既想存,又想取,那就别用通配符。


6、常见问题注意

(1)、Point与Point构造泛型实例的区别同样以Point泛型类为例:
class Point {  
    private T x;       // 表示X坐标  
    private T y;       // 表示Y坐标  
  
    public Point(){  
  
    }  
    public Point(T x,T y){  
        this.x = x;  
        this.y = y;  
    }  
  
    public void setX(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
  
    public void setY(T y) {  
        this.y = y;  
    }  
  
    public T getX() {  
        return this.x;  
    }  
  
    public T getY() {  
        return this.y;  
    }  
}  
我们来看看下面这种构造Point泛型实例有什么区别:
//使用Point  
Point point1 = new Point(new Integer(23),new Integer(23));  
Point point2 = new Point(new String(""),new String(""));  
//直接使用Point  
Point point3 = new Point(new Integer(23),new Integer(23));  
Point point4 = new Point(new String(""),new String("")); 
上面的四行代码中,point1,point2生成的是Point的实例,填充的是无边界通配符。而point3和point4则非常奇怪,没有了泛型的<>标识,直接使用Point生成的实例,那它填充的是什么呢?这四行代码在编译和运行时,都没有报错,而且输出结果也一样!那么问题就来了:
Point point1 = new Point(new Integer(23),new Integer(23));  
Point point2 = new Point(new String(""),new String(""));  
在上面的代码中,使用了无界通配符,所以能够将各种Point实例赋值给Point point1而省略了泛型标识的构造方法,依然能将各种Point实例赋值给它:
Point point3 = new Point(new Integer(23),new Integer(23));  
Point point4 = new Point(new String(""),new String(""));  
这说明:构造泛型实例时,如果省略了填充类型,则默认填充为无边界通配符!所以下面这两个是对等的:
Point point3 = new Point(new Integer(23),new Integer(23));  
Point point3 = new Point(new Integer(23),new Integer(23));  
最后重复一遍:构造泛型实例时,如果省略了填充类型,则默认填充为无边界通配符!好了,快累死了,这部分真是太难讲了,有关通配符捕获和编译器类型擦除的知识,就不讲了,在实际项目中基本用不到,有兴趣的同学可以自行去补充下。下篇给大家讲下反射。

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参考文章:

1、《 java 泛型编程(一)》
2、《Java泛型--泛型应用--泛型接口、泛型方法、泛型数组、泛型嵌套》
3、《Java泛型编程最全总结》
4、《java 通配符解惑》
5、《《Java编程思想》学习笔记8——泛型编程高级》
6、《步步理解 JAVA 泛型编程(三)》
7、《Java-泛型编程-类型擦除(Type Erasure)》
8、《Java泛型--泛型入门》
9、《Java泛型--通配符》
10、《在 Java 的泛型类型中使用通配符》
11、《Java 理论与实践: 使用通配符简化泛型使用》
12、《Java 泛型学习三 通配符》
13、《Java泛型-- 通配符(转载)》