19 - Java 泛型

发布于:2024-12-09 ⋅ 阅读:(150) ⋅ 点赞:(0)

介绍

  • 泛型又称参数化类型(接收数据类型的数据类型)JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制,该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。
  • 在类声明或实例化时只要指定好需要的具体的类型即可。
  • 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。

优点

编译时,检查添加元素的类型,提高了安全性。
减少了类型转换次数,提高了效率。

作用

可以在类声明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的类型,或者是参数类型。

java 中泛型标记符

  • E - Element (在集合中使用,因为集合中存放的是元素)
  • T - Type(Java 类)
  • K - Key(键)
  • V - Value(值)
  • N - Number(数值类型)
  • ? - 表示不确定的 java 类型

引用泛型的意义

适用于多种数据类型执行相同的代码(代码复用)

例子:
private static int add(int a, int b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
    return a + b;
}

private static float add(float a, float b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
    return a + b;
}

private static double add(double a, double b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
    return a + b;
}
如果没有泛型,要实现不同类型的加法,每种类型都需要重载一个add方法;通过泛型,我们可以复用为一个方法:
private static <T extends Number> T add(T a, T b) {
    System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a.doubleValue() + b.doubleValue()));
    return a.doubleValue() + b.doubleValue();     
}

类型检查

List list = new ArrayList();
list.add("xxString");
list.add(100d);
list.add(new Person());
上述list中,list中的元素都是Object类型(无法约束其中的类型),所以在取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型,且很容易出现 java.lang.ClassCastException异常。

泛型类

泛型其实就一个待定类型,我们可以使用一个特殊的名字表示泛型,泛型在定义时并不明确是什么类型,而是需要到使用时才会确定对应的泛型类型。
泛型类的类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数,参数间用逗号隔开。
一个泛型参数,也被称为一个类型变量,是用于指定一个泛型类型名称的标识符,因为他们接受一个或多个参数,这些类被称为参数化的类或参数化的类型。
class Point<T>{         // 此处可以随便写标识符号,T是type的简称  
    private T var ;     // var的类型由T指定,即:由外部指定  
    public T getVar(){  // 返回值的类型由外部决定  
        return var ;  
    }  
    public void setVar(T var){  // 设置的类型也由外部决定  
        this.var = var ;  
    }  
}  
public class Demo{  
    public static void main(String args[]){  
        Point<String> p = new Point<String>() ;     // 里面的var类型为String类型  
        p.setVar("it") ;                            // 设置字符串  
        System.out.println(p.getVar().length()) ;   // 取得字符串的长度  
    }  
}

多元泛型

class Notepad<K,V>{       // 此处指定了两个泛型类型  
    private K key ;     // 此变量的类型由外部决定  
    private V value ;   // 此变量的类型由外部决定  
    public K getKey(){  
        return this.key ;  
    }  
    public V getValue(){  
        return this.value ;  
    }  
    public void setKey(K key){  
        this.key = key ;  
    }  
    public void setValue(V value){  
        this.value = value ;  
    }  
} 
public class Demo{  
    public static void main(String args[]){  
        Notepad<String,Integer> t = null ;        // 定义两个泛型类型的对象  
        t = new Notepad<String,Integer>() ;       // 里面的key为String,value为Integer  
        t.setKey("汤姆") ;        // 设置第一个内容  
        t.setValue(20) ;            // 设置第二个内容  
        System.out.print("姓名;" + t.getKey()) ;      // 取得信息  
        System.out.print(",年龄;" + t.getValue()) ;       // 取得信息  
  
    }  
}

泛型接口

声明

public interface Study<T> { T test(); }
当子类实现此接口时,我们可以选择在实现类明确泛型类型,或是继续使用此泛型让具体创建的对象来确定类型:
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        Integer i = a.test();
    }

    static class A implements Study<Integer> {   
      	//在实现接口或是继承父类时,如果子类是一个普通类,那么可以直接明确对应类型
        @Override
        public Integer test() {
            return null;
        }
    }
}

或者是继续摆烂,依然使用泛型:
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A<String> a = new A<>();
        String i = a.test();
    }

    static class A<T> implements Study<T> {   
      	//让子类继续为一个泛型类,那么可以不用明确
        @Override
        public T test() {
            return null;
        }
    }
}
继承也是同样的:
static class A<T> { } static class B extends A<String> { }

泛型方法

当某个方法(无论是是静态方法还是成员方法)需要接受的参数类型并不确定时,也可以使用泛型来表示:
说明一下,定义泛型方法时,必须在返回值前边加一个,来声明这是一个泛型方法,持有一个泛型T,然后才可以用泛型T作为方法的返回值。
Class 的作用就是指明泛型的具体类型,而 Class 类型的变量c,可以用来创建泛型类的对象。

 

为什么要用变量 c 来创建对象呢?既然是泛型方法,就代表着我们不知道具体的类型是什么,也不知道构造方法如何,因此没有办法去new一个对象,但可以利用变量 c 的 newInstance 方法去创建对象,也就是利用反射创建对象。
泛型方法要求的参数是 Class 类型,而 Class.forName() 方法的返回值也是Class,因此可以用 Class.forName() 作为参数。其中,forName() 方法中的参数是何种类型,返回的Class就是何种类型。
在本例中,forName()方法中传入的是User类的完整路径,因此返回的是Class类型的对象,因此调用泛型方法时,变量c的类型就是Class,因此泛型方法中的泛型T就被指明为User,因此变量obj的类型为User。
当然,泛型方法不是仅仅可以有一个参数Class,可以根据需要添加其他参数。
为什么要使用泛型方法呢?因为泛型类要在实例化的时候就指明类型,如果想换一种类型,不得不重新new一次,可能不够灵活;而泛型方法可以在调用的时候指明类型,更加灵活。

泛型界限

上界

泛型变量的后面添加 extends 关键字即可指定上界,使用时,具体类型只能是我们指定的上界类型或是上界类型的子类,不得是其他类型,否则一律报错。
public class Score<T extends Number> {   //设定类型参数上界,必须是Number或是Number的子类
    private final String name;
    private final String id;
    private final T value;

    public Score(String name, String id, T value) {
        this.name = name;
        this.id = id;
        this.value = value;
    }

    public T getValue() {
        return value;
    }
}

下界

只不过下界仅适用于通配符,对于类型变量来说是不支持的。下界限定就像这样:
public static void main(String[] args) {
    Score<? super Number> score = new Score<>("数据结构与算法基础", "EP074512", 10);
    Object o = score.getValue();
}

总结

<?> 无限制通配符
<? extends E> extends 关键字声明了类型的上界,表示参数化的类型可能是所指定的类型,或者是此类型的子类
<? super E> super 关键字声明了类型的下界,表示参数化的类型可能是指定的类型,或者是此类型的父类

// 使用原则《Effictive Java》
// 为了获得最大限度的灵活性,要在表示 生产者或者消费者 的输入参数上使用通配符,使用的规则就是:生产者有上限、消费者有下限
1. 如果参数化类型表示一个 T 的生产者,使用 < ? extends T>;
2. 如果它表示一个 T 的消费者,就使用 < ? super T>;
3. 如果既是生产又是消费,那使用通配符就没什么意义了,因为你需要的是精确的参数类型。

泛型类型擦除

Java 的泛型是在 Java 5 中引入的,主要用于提高代码的重用性和类型安全性。然而,Java 使用了类型擦除(Type Erasure)来实现泛型。
这意味着在编译期间,泛型类型信息会被擦除,并且替换为原始类型(通常是 Object),在运行时不会保留任何泛型类型信息。

类型擦除的影响

类型安全性‌
  • 编译期间:泛型提供了严格的类型检查,确保类型安全。
  • 运行期间:由于类型擦除,泛型类型信息不可用,类型检查已经完成并被移除。
代码膨胀‌
  • 泛型代码只编译一次,不会因为不同的类型参数生成不同的字节码,这减少了代码的膨胀。
反射‌
  • 在运行时使用反射时,无法获取泛型类型的实际类型参数。只能通过一些特定的手段(如通过子类继承泛型父类时传递类型信息)来获取这些信息。

泛型类示例

List<String> stringList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
System.out.println(stringList.getClass() == integerList.getClass());
输出将是 true,因为在运行时,stringList 和 integerList 的类型信息已经被擦除,它们的类型信息都变成了 List
Class<List<String>> listClass = (Class<List<String>>) List.class;
try {
         List<String> stringList = listClass.newInstance(); // 这将抛出异常
} catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
}
上述代码将抛出异常,因为 List.class 不能用来创建一个具有特定泛型参数的实例。
如果给类型变量设定了上界,那么会从默认类型变成上界定义的类型:
public abstract class A <T extends Number>{        //设定上界为Number
        abstract T test(T t);
}
编译之后:
public abstract class A {
        abstract Number test(Number t); //上界Number,因为现在只可能出现Number的子类
}

应用

函数式接口

JDK 1.8中新增的函数式接口。
函数式接口就是JDK1.8专门提供好的用于 Lambda 表达式的接口,这些接口都可以直接使用Lambda表达式,非常方便,这里主要介绍一下四个主要的函数式接口。
Supplier供给型函数式接口:这个接口是专门用于供给使用的,其中只有一个get方法用于获取需要的对象。
@FunctionalInterface   //函数式接口都会打上这样一个注解
public interface Supplier<T> {
    T get();   //实现此方法,实现供给功能
}
比如要实现一个专门供给Student对象Supplier,就可以使用:
public class Student {
    public void hello(){
        System.out.println("我是学生!");
    }
}
//专门供给Student对象的Supplier
private static final Supplier<Student> STUDENT_SUPPLIER = Student::new;
public static void main(String[] args) {
    Student student = STUDENT_SUPPLIER.get();
    student.hello();
}
Consumer消费型函数式接口:这个接口专门用于消费某个对象的。
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);    //这个方法就是用于消费的,没有返回值

    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {   //这个方法便于我们连续使用此消费接口
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}
使用起来也是很简单的:
//专门消费Student对象的Consumer
private static final Consumer<Student> STUDENT_CONSUMER = student -> System.out.println(student+" 真好吃!");
public static void main(String[] args) {
    Student student = new Student();
    STUDENT_CONSUMER.accept(student);
}

//也可以使用 andThen 方法继续调用:
public static void main(String[] args) {
    Student student = new Student();
    STUDENT_CONSUMER   //我们可以提前将消费之后的操作以同样的方式预定好
            .andThen(stu -> System.out.println("我是吃完之后的操作!")) 
            .andThen(stu -> System.out.println("好了好了,吃饱了!"))
            .accept(student);   //预定好之后,再执行
}
Function函数型函数式接口:这个接口消费一个对象,然后会向外供给一个对象(前两个的融合体)。
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);   //这里一共有两个类型参数,其中一个是接受的参数类型,还有一个是返回的结果类型

    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
        Objects.requireNonNull(before);
        return (V v) -> apply(before.apply(v));
    }

    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
    }

    static <T> Function<T, T> identity() {
        return t -> t;
    }
}
//这里实现了一个简单的功能,将传入的int参数转换为字符串的形式
private static final Function<Integer, String> INTEGER_STRING_FUNCTION = Object::toString;
public static void main(String[] args) {
    String str = INTEGER_STRING_FUNCTION.apply(10);
    System.out.println(str);
    
     String str2 = INTEGER_STRING_FUNCTION
            .compose((String s) -> s.length())   //将此函数式的返回值作为当前实现的实参
            .apply("lbwnb");   //传入上面函数式需要的参数
    System.out.println(str2);
    
    Boolean str3 = INTEGER_STRING_FUNCTION
            .andThen(String::isEmpty)   //在执行完后,返回值作为参数执行andThen内的函数式,最后得到的结果就是最终的结果了
            .apply(10);
    System.out.println(str3);
    
    Function<String, String> function = Function.identity();   //原样返回
    System.out.println(function.apply("不会吧不会吧"));
    
}

Predicate断言型函数式接口:接收一个参数,然后进行自定义判断并返回一个boolean结果。
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);    //这个方法就是要实现的

    default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }

    default Predicate<T> negate() {
        return (t) -> !test(t);
    }

    default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) || other.test(t);
    }

    static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
        return (null == targetRef)
                ? Objects::isNull
                : object -> targetRef.equals(object);
    }
}
public class Student {
    public int score;
}

private static final Predicate<Student> STUDENT_PREDICATE = student -> student.score >= 60;
public static void main(String[] args) {
    Student student = new Student();
    student.score = 80;
    if(STUDENT_PREDICATE.test(student)) {  //test方法的返回值是一个boolean结果
        System.out.println("及格了,真不错,今晚奖励自己一次");
    } else {
        System.out.println("不是,Java都考不及格");
    }
    
    student.score = 80;
    boolean b = STUDENT_PREDICATE
            .and(stu -> stu.score > 90)   //需要同时满足这里的条件,才能返回true
            .test(student);
    if(!b) System.out.println("Java到现在都没考到90分?");
    
    Predicate<String> predicate = Predicate.isEqual("Hello World");   //这里传入的对象会和之后的进行比较
    System.out.println(predicate.test("Hello World"));
}

判空包装

JDK 1.8 新增了一个非常重要的判空包装类 Optional ,这个类可以很有效的处理空指针问题。
public class Student {
    public int score;
}

private static final Predicate<Student> STUDENT_PREDICATE = student -> student.score >= 60;
public static void main(String[] args) {
    Student student = new Student();
    student.score = 80;
    if(STUDENT_PREDICATE.test(student)) {  //test方法的返回值是一个boolean结果
        System.out.println("及格了,真不错,今晚奖励自己一次");
    } else {
        System.out.println("不是,Java都考不及格");
    }
    
    student.score = 80;
    boolean b = STUDENT_PREDICATE
            .and(stu -> stu.score > 90)   //需要同时满足这里的条件,才能返回true
            .test(student);
    if(!b) System.out.println("Java到现在都没考到90分?");
    
    Predicate<String> predicate = Predicate.isEqual("Hello World");   //这里传入的对象会和之后的进行比较
    System.out.println(predicate.test("Hello World"));
}


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