学习目标
- 能够理解泛型的好处和意义
- 能够在使用集合相关API时正确指定泛型
- 能够使用其他泛型类、泛型接口
- 能够认识泛型方法
- 能够使用泛型定义类、接口、方法
- 能够理解泛型上限
- 能够阐述泛型通配符的作用
- 能够识别通配符的上下限
1. 泛型概述
1.1 泛型的引入
泛型：标签
举例：
- 中药店，每个抽屉外面贴着标签
- 超市购物架上很多瓶子，每个瓶子装的是什么，有标签
在Java中，我们在声明方法时，当在完成方法功能时如果有未知的数据需要参与，这些未知的数据需要在调用方法时才能确定，那么我们把这样的数据通过形参表示。那么在方法体中，用这个形参名来代表那个未知的数据，而调用者在调用时，对应的传入值就可以了。
受以上两点启发，JDK1.5设计了泛型的概念。泛型即为“类型参数”，这个类型参数在声明它的类、接口或方法中，代表未知的通用的类型。
举例1：
java.lang.Comparable接口和java.util.Comparator接口，是用于对象比较大小的规范接口，这两个接口只是限定了当一个对象大于另一个对象时返回正整数，小于返回负整数，等于返回0。但是并不确定是什么类型的对象比较大小，之前的时候只能用Object类型表示，使用时既麻烦又不安全，因此JDK1.5就给它们增加了泛型。
public interface Comparable<T>{
int compareTo(T o) ;
}
public interface Comparator<T>{
int compare(T o1, T o2) ;
}
其中<T>就是类型参数，即泛型。
举例2：
集合容器类在设计阶段/声明阶段不能确定这个容器到底实际存的是什么类型的对象，所以在JDK1.5之前只能把元素类型设计为Object，JDK1.5之后使用泛型来解决。因为这个时候除了元素的类型不确定，其他的部分是确定的，例如关于这个元素如何保存，如何管理等是确定的，因此此时把元素的类型设计成一个参数，这个类型参数叫做泛型。Collection<E>，List<E>，ArrayList<E> 这个<E>就是类型参数，即泛型。
1.2 泛型的概念
所谓泛型，就是允许在定义类、接口时通过一个标识表示类中某个属性的类型或者是某个方法的返回值及参数类型。这个类型参数将在使用时（例如，继承或实现这个接口，用这个类型声明变量、创建对象时）确定（即传入实际的类型参数，也称为类型实参）。
从JDK1.5以后，Java引入了“参数化类型（Parameterized type）”的概念，允许我们在创建集合时再指定集合元素的类型，正如：List，这表明该List只能保存字符串类型的对象。
JDK1.5改写了集合框架中的全部接口和类，为这些接口、类增加了泛型支持，从而可以在声明集合变量、创建集合对象时传入类型实参。
2. 使用泛型的好处
自从JDK1.5引入泛型的概念之后，对之前核心类库中的API做了很大的修改，例如：集合框架集中的相关接口和类、java.lang.Comparable接口、java.util.Comparator接口、Class类等等。
2.1 泛型在集合中的使用
那么为什么要有泛型呢，直接Object不是也可以存储数据吗？
解决元素存储的安全性问题，好比商品、药品标签，不会弄错。
解决获取数据元素时，需要类型强制转换的问题，好比不用每回拿商品、药品都要辨别。
2.1.1 举例
在集合中没有泛型时：
在集合中有泛型时：
Java泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会产生ClassCastException异常。同时，代码更加简洁、健壮。
此外，
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();//类型推断
list.add(78);
list.add(88);
list.add(77);
list.add(66);
//遍历方式一：
//for(Integer i : list){
//不需要强转
//System.out.println(i);
//}
//遍历方式二：
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();
map.put("Tom1",34);
map.put("Tom2",44);
map.put("Tom3",33);
map.put("Tom4",32);
//添加失败
//map.put(33, "Tom");
Set<Entry<String,Integer>> entrySet = map.entrySet();
Iterator<Entry<String,Integer>> iterator = entrySet.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Entry<String,Integer> entry = iterator.next();
System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
}
2.1.2 练习
（1）创建一个Collection集合（暂时创建ArrayList集合对象），并指定泛型为
（2）添加5个[0,100)以内的整数到集合中
（3）使用foreach遍历输出5个整数
（4）使用集合的removeIf方法删除偶数，为Predicate接口指定泛型
（5）再使用Iterator迭代器输出剩下的元素，为Iterator接口指定泛型
package com.atguigu.genericclass.use;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.Random;
import java.util.function.Predicate;
public class TestNumber {
public static void main(String[] args) {
Collection<Integer> coll = new ArrayList<Integer>();
Random random = new Random();
for (int i = 1; i <= 5 ; i++) {
coll.add(random.nextInt(100));
}
System.out.println("coll中5个随机数是：");
for (Integer integer : coll) {
System.out.println(integer);
}
coll.removeIf(new Predicate<Integer>() {
@Override
public boolean test(Integer integer) {
return integer % 2 == 0;
}
});
System.out.println("coll中删除偶数后：");
Iterator<Integer> iterator = coll.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Integer number = iterator.next();
System.out.println(number);
}
}
}
2.2 泛型在比较器中的使用
2.2.1 举例
package com.atguigu.generic;
public class Circle{
private double radius;
public Circle(double radius) {
super();
this.radius = radius;
}
public double getRadius() {
return radius;
}
public void setRadius(double radius) {
this.radius = radius;
}
@Override
public String toString() {
return "Circle [radius=" + radius + "]";
}
}
比较器：
package com.atguigu.generic;
import java.util.Comparator;
public class CircleComparator implements Comparator{
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
//强制类型转换
Circle c1 = (Circle) o1;
Circle c2 = (Circle) o2;
return Double.compare(c1.getRadius(), c2.getRadius());
}
}
测试类
package com.atguigu.generic;
public class TestNoGeneric {
public static void main(String[] args) {
CircleComparator com = new CircleComparator();
System.out.println(com.compare(new Circle(1), new Circle(2)));
System.out.println(com.compare("圆1", "圆2"));//运行时异常：ClassCastException
}
}
那么我们在使用如上面这样的接口时，如果没有泛型或不指定泛型，很麻烦，而且有安全隐患。
因为在设计（编译）Comparator接口时，不知道它会用于哪种类型的对象比较，因此只能将compare方法的形参设计为Object类型，而实际在compare方法中需要向下转型为Circle，才能调用Circle类的getRadius()获取半径值进行比较。
使用泛型：
比较器：
package com.atguigu.generic;
import java.util.Comparator;
public class CircleComparator1 implements Comparator<Circle> {
@Override
public int compare(Circle o1, Circle o2) {
//不再需要强制类型转换，代码更简洁
return Double.compare(o1.getRadius(), o2.getRadius());
}
}
测试类
package com.atguigu.generic;
public class TestHasGeneric {
public static void main(String[] args) {
CircleComparator1 com = new CircleComparator1();
System.out.println(com.compare(new Circle(1), new Circle(2)));
// System.out.println(com.compare("圆1", "圆2"));//编译错误，因为"圆1", "圆2"不是Circle类型，是String类型，编译器提前报错，而不是冒着风险在运行时再报错
}
}
如果有了泛型并使用泛型，那么既能保证安全，又能简化代码。
因为把不安全的因素在编译期间就排除了，而不是运行期；既然通过了编译，那么类型一定是符合要求的，就避免了类型转换。
2.2.2 练习
（1）声明矩形类Rectangle，包含属性长和宽，属性私有化，提供有参构造、get/set方法、重写toString方法，提供求面积和周长的方法。
（2）矩形类Rectangle实现java.lang.Comparable接口，并指定泛型为，重写int compareTo(T t)方法，按照矩形面积比较大小，面积相等的，按照周长比较大小。
（3）在测试类中，创建Rectangle数组，并创建5个矩形对象
（4）调用Arrays的sort方法，给矩形数组排序，并显示排序前后的结果。
package com.atguigu.genericclass.use;
public class Rectangle implements Comparable<Rectangle>{
private double length;
private double width;
public Rectangle(double length, double width) {
this.length = length;
this.width = width;
}
public double getLength() {
return length;
}
public void setLength(double length) {
this.length = length;
}
public double getWidth() {
return width;
}
public void setWidth(double width) {
this.width = width;
}
public double area(){
return length * width;
}
public double perimeter(){
return 2 * (length + width);
}
@Override
public String toString() {
return "Rectangle{" +
"length=" + length +
", width=" + width +
",area =" + area() +
",perimeter = " + perimeter() +
'}';
}
@Override
public int compareTo(Rectangle o) {
int compare = Double.compare(area(), o.area());
return compare != 0 ? compare : Double.compare(perimeter(),o.perimeter());
}
}
package com.atguigu.genericclass.use;
import java.util.Arrays;
public class TestRectangle {
public static void main(String[] args) {
Rectangle[] arr = new Rectangle[4];
arr[0] = new Rectangle(6,2);
arr[1] = new Rectangle(4,3);
arr[2] = new Rectangle(12,1);
arr[3] = new Rectangle(5,4);
System.out.println("排序之前：");
for (Rectangle rectangle : arr) {
System.out.println(rectangle);
}
Arrays.sort(arr);
System.out.println("排序之后：");
for (Rectangle rectangle : arr) {
System.out.println(rectangle);
}
}
}
3. 自定义泛型结构
3.1 泛型相关说明
1、<类型>这种语法形式就叫泛型。
其中：
-
是类型变量（Type Variables），而是代表未知的数据类型，我们可以指定为，，等，那么<类型>的形式我们成为类型参数
- 类比方法的参数的概念，我们可以把，称为类型形参，将称为类型实参，有助于我们理解泛型；
-
这里的T，可以替换成K，V等任意字母。习惯用T表示，是Type的缩写。
-
Comparator这种就称为参数化类型（Parameterized Types）。
2、泛型的实例化
一定要在类名后面指定类型参数的值（类型）。如：
List<String> strList = new ArrayList<String>();
Iterator<Customer> iterator = customers.iterator();
- T只能是类，不能用基本数据类型填充。但可以使用包装类填充
把一个集合中的内容限制为一个特定的数据类型，这就是generics背后的核心思想。
3、在哪里可以声明类型变量<T>
- 声明类或接口时，在类名或接口名后面声明类型变量，我们把这样的类或接口称为泛型类或泛型接口
【修饰符】 class 类名<类型变量列表> 【extends 父类】 【implements 父接口们】{
}
【修饰符】 interface 接口名<类型变量列表> 【implements 父接口们】{
}
例如：
public class ArrayList<E>
public interface Map<K,V>{
....
}
- 声明方法时，在【修饰符】与返回值类型之间声明类型变量，我们把声明（是声明不是单纯的使用）了类型变量的方法称为泛型方法
【修饰符】 <类型变量列表> 返回值类型 方法名(【形参列表】)【throws 异常列表】{
//...
}
例如：java.util.Arrays类中的
public static <T> List<T> asList(T... a){
....
}
3.2 自定义泛型类
3.2.1 说明
-
泛型类可能有多个参数，此时应将多个参数一起放在尖括号内。比如：<E1,E2,E3>
-
泛型类的构造器如下：public GenericClass(){}。 而下面是错误的：public GenericClass(){}
-
实例化后，操作原来泛型位置的结构必须与指定的泛型类型一致。
-
泛型不同的引用不能相互赋值。
尽管在编译时ArrayList和ArrayList是两种类型，但是，在运行时只有一个ArrayList被加载到JVM中。
-
泛型如果不指定，将被擦除，泛型对应的类型均按照Object处理，但不等价于Object。
经验：泛型要使用一路都用。要不用，一路都不要用。
-
如果泛型结构是一个接口或抽象类，则不可创建泛型类的对象。
-
jdk1.7，泛型的简化操作：ArrayList flist = new ArrayList<>();
-
泛型的指定中不能使用基本数据类型，可以使用包装类替换。
-
在类/接口上声明的泛型，在本类或本接口中即代表某种类型，可以作为非静态属性的类型、非静态方法的参数类型、非静态方法的返回值类型。但在静态方法中不能使用类的泛型。
-
异常类不能是泛型的
-
不能使用new E[]。但是可以：E[] elements = (E[])new Object[capacity];
参考：ArrayList源码中声明：Object[] elementData，而非泛型参数类型数组。
12.父类有泛型，子类可以选择保留泛型也可以选择指定泛型类型：
- 子类不保留父类的泛型：按需实现
- 没有类型 擦除
- 具体类型
- 子类保留父类的泛型：泛型子类
- 全部保留
- 部分保留
- 结论：子类必须是“富二代”，子类除了指定或保留父类的泛型，还可以增加自己的泛型
3.2.2 举例
举例1：
class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
// 1、使用时：类似于Object，不等同于Object
ArrayList list = new ArrayList();
// list.add(new Date());//有风险
list.add("hello");
test(list);// 泛型擦除，编译不会类型检查
// ArrayList<Object> list2 = new ArrayList<Object>();
// test(list2);//一旦指定Object，编译会类型检查，必须按照Object处理
}
public static void test(ArrayList<String> list) {
String str = "";
for (String s : list) {
str += s + ",";
}
System.out.println("元素:" + str);
}
}
举例2：
class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son1 extends Father {// 等价于class Son extends Father<Object,Object>{
}
// 2)具体类型
class Son2 extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2> extends Father<Integer, T2> {
}
举例3：
class Father<T1, T2> {
}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型 擦除
class Son<A, B> extends Father{//等价于class Son extends Father<Object,Object>{
}
// 2)具体类型
class Son2<A, B> extends Father<Integer, String> {
}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3<T1, T2, A, B> extends Father<T1, T2> {
}
// 2)部分保留
class Son4<T2, A, B> extends Father<Integer, T2> {
}
举例4：
class Person<T> {
// 使用T类型定义变量
private T info;
// 使用T类型定义一般方法
public T getInfo() {
return info;
}
public void setInfo(T info) {
this.info = info;
}
// 使用T类型定义构造器
public Person() {
}
public Person(T info) {
this.info = info;
}
// static的方法中不能声明泛型
//public static void show(T t) {
//
//}
// 不能在try-catch中使用泛型定义
//public void test() {
//try {
//
//} catch (MyException<T> ex) {
//
//}
//}
}
3.3 自定义泛型方法
-
方法，也可以被泛型化，不管此时定义在其中的类是不是泛型类。在泛型方法中可以定义泛型参数，此时，参数的类型就是传入数据的类型。
-
泛型方法的格式：
[访问权限] <泛型> 返回类型 方法名([泛型标识 参数名称]) 抛出的异常
- 泛型方法声明泛型时也可以指定上限
3.3.2 举例
举例1：
public class DAO {
public <E> E get(int id, E e) {
E result = null;
return result;
}
}
举例2：
public static <T> void fromArrayToCollection(T[] a, Collection<T> c) {
for (T o : a) {
c.add(o);
}
}
public static void main(String[] args) {
Object[] ao = new Object[100];
Collection<Object> co = new ArrayList<Object>();
fromArrayToCollection(ao, co);
String[] sa = new String[20];
Collection<String> cs = new ArrayList<>();
fromArrayToCollection(sa, cs);
Collection<Double> cd = new ArrayList<>();
// 下面代码中T是Double类，但sa是String类型，编译错误。
// fromArrayToCollection(sa, cd);
// 下面代码中T是Object类型，sa是String类型，可以赋值成功。
fromArrayToCollection(sa, co);
}
举例3：
class Creature{}
class Person extends Creature{}
class Man extends Person{}
class PersonTest {
public static <T extends Person> void test(T t){
System.out.println(t);
}
public static void main(String[] args) {
test(new Person());
test(new Man());
//The method test(T) in the type PersonTest is not
//applicable for the arguments (Creature)
test(new Creature());
}
}
4. 泛型在继承上的体现
请输出如下来两段代码有何不同：
片段1：
public void printCollection(Collection c) {
Iterator i = c.iterator();
for (int k = 0; k < c.size(); k++) {
System.out.println(i.next());
}
}
片段2：
public void printCollection(Collection<Object> c) {
for (Object e : c) {
System.out.println(e);
}
}
如果B是A的一个子类型（子类或者子接口），而G是具有泛型声明的类或接口，G并不是G的子类型！
比如：String是Object的子类，但是List并不是List的子类。
public void testGenericAndSubClass() {
Person[] persons = null;
Man[] mans = null;
// 而 Person[] 是 Man[] 的父类.
persons = mans;
Person p = mans[0];
// 在泛型的集合上
List<Person> personList = null;
List<Man> manList = null;
// personList = manList;(报错)
}
5. 通配符的使用
5.1 通配符的理解
- 使用类型通配符：？
比如：
List<?>，Map<?,?>
List<?>是List<String>、List<Object>等各种泛型List的父类。
-
读取List<?>的对象list中的元素时，永远是安全的，因为不管list的真实类型是什么，它包含的都是Object。
-
写入list中的元素时，不行。因为我们不知道c的元素类型，我们不能向其中添加对象。 唯一的例外是null，它是所有类型的成员。
5.2 通配符的读与写
写操作：
将任意元素加入到其中不是类型安全的：
Collection<?> c = new ArrayList<String>();
c.add(new Object()); // 编译时错误
因为我们不知道c的元素类型，我们不能向其中添加对象。add方法有类型参数E作为集合的元素类型。我们传给add的任何参数都必须是一个未知类型的子类。因为我们不知道那是什么类型，所以我们无法传任何东西进去。
唯一的例外的是null，它是所有类型的成员。
读操作：
另一方面，我们可以调用get()方法并使用其返回值。返回值是一个未知的类型，但是我们知道，它总是一个Object。
举例：
public static void main(String[] args) {
List<?> list = null;
list = new ArrayList<String>();
list = new ArrayList<Double>();
// list.add(3);//编译不通过
list.add(null);
List<String> l1 = new ArrayList<String>();
List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();
l1.add("尚硅谷");
l2.add(15);
read(l1);
read(l2);
}
public static void read(List<?> list) {
for (Object o : list) {
System.out.println(o);
}
}
5.3 使用注意点
注意点1：编译错误：不能用在泛型方法声明上，返回值类型前面<>不能使用?
public static <?> void test(ArrayList<?> list){
}
注意点2：编译错误：不能用在泛型类的声明上
class GenericTypeClass<?>{
}
注意点3：编译错误：不能用在创建对象上，右边属于创建集合对象
ArrayList<?> list2 = new ArrayList<?>();
5.4 有限制的通配符
-
- 允许所有泛型的引用调用
-
通配符指定上限
- 上限extends：使用时指定的类型必须是继承某个类，或者实现某个接口，即<=
-
通配符指定下限
- 下限super：使用时指定的类型不能小于操作的类，即>=
-
格式：
<? extends Number> //(无穷小 , Number] //只允许泛型为Number及Number子类的引用调用 <? super Number> //[Number , 无穷大) //只允许泛型为Number及Number父类的引用调用 <? extends Comparable> //只允许泛型为实现Comparable接口的实现类的引用调用 -
举例：
public static void printCollection3(Collection<? extends Person> coll) { //Iterator只能用Iterator<?>或Iterator<? extends Person>.why? Iterator<?> iterator = coll.iterator(); while (iterator.hasNext()) { System.out.println(iterator.next()); } } public static void printCollection4(Collection<? super Person> coll) { //Iterator只能用Iterator<?>或Iterator<? super Person>.why? Iterator<?> iterator = coll.iterator(); while (iterator.hasNext()) { System.out.println(iterator.next()); } }
**练习：**为什么编译如下的操作会报错？
6. 泛型应用举例
举例1：泛型嵌套
public static void main(String[] args) {
HashMap<String, ArrayList<Citizen>> map = new HashMap<String, ArrayList<Citizen>>();
ArrayList<Citizen> list = new ArrayList<Citizen>();
list.add(new Citizen("刘恺威"));
list.add(new Citizen("杨幂"));
list.add(new Citizen("小糯米"));
map.put("刘恺威", list);
Set<Entry<String, ArrayList<Citizen>>> entrySet = map.entrySet();
Iterator<Entry<String, ArrayList<Citizen>>> iterator = entrySet.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Entry<String, ArrayList<Citizen>> entry = iterator.next();
String key = entry.getKey();
ArrayList<Citizen> value = entry.getValue();
System.out.println("户主：" + key);
System.out.println("家庭成员：" + value);
}
}
举例2：
用户在设计类的时候往往会使用类的关联关系，例如，一个人中可以定义一个信息的属性，但是一个人可能有各种各样的信息（如联系方式、基本信息等），所以此信息属性的类型就可以通过泛型进行声明，然后只要设计相应的信息类即可。
interface Info{ // 只有此接口的子类才是表示人的信息
}
class Contact implements Info{ // 表示联系方式
private String address ; // 联系地址
private String telephone ; // 联系方式
private String zipcode ; // 邮政编码
public Contact(String address,String telephone,String zipcode){
this.address = address;
this.telephone = telephone;
this.zipcode = zipcode;
}
public void setAddress(String address){
this.address = address ;
}
public void setTelephone(String telephone){
this.telephone = telephone ;
}
public void setZipcode(String zipcode){
this.zipcode = zipcode;
}
public String getAddress(){
return this.address ;
}
public String getTelephone(){
return this.telephone ;
}
public String getZipcode(){
return this.zipcode;
}
@Override
public String toString() {
return "Contact [address=" + address + ", telephone=" + telephone
+ ", zipcode=" + zipcode + "]";
}
}
class Introduction implements Info{
private String name ; // 姓名
private String sex ; // 性别
private int age ; // 年龄
public Introduction(String name,String sex,int age){
this.name = name;
this.sex = sex;
this.age = age;
}
public void setName(String name){
this.name = name ;
}
public void setSex(String sex){
this.sex = sex ;
}
public void setAge(int age){
this.age = age ;
}
public String getName(){
return this.name ;
}
public String getSex(){
return this.sex ;
}
public int getAge(){
return this.age ;
}
@Override
public String toString() {
return "Introduction [name=" + name + ", sex=" + sex + ", age=" + age
+ "]";
}
}
class Person<T extends Info>{
private T info ;
public Person(T info){ // 通过构造器设置信息属性内容
this.info = info;
}
public void setInfo(T info){
this.info = info ;
}
public T getInfo(){
return info ;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [info=" + info + "]";
}
}
public class GenericPerson{
public static void main(String args[]){
Person<Contact> per = null ; // 声明Person对象
per = new Person<Contact>(new Contact("北京市","01088888888","102206")) ;
System.out.println(per);
Person<Introduction> per2 = null ; // 声明Person对象
per2 = new Person<Introduction>(new Introduction("李雷","男",24));
System.out.println(per2) ;
}
}
