在前面的几篇文章中,详细地给大家介绍了JAVA里的集合。但在介绍集合时,我们涉及到了泛型的概念却并没有详细学习,所以今天要花点时间给大家专门讲解什么是泛型、泛型的作用、用法、特点等内容。有些粉丝朋友,在之前就一直很好奇,比如List<String>中的<String>部分到底是什么?有啥用?为什么要加这个<>?这一部分有没有什么特别的用法?总之,你的疑问可能会有很多,别急,今天就带你一点点认识Java里的<>泛型!
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全文大约【6000】字,不说废话,只讲可以让你学到技术、明白原理的纯干货!本文带有丰富的案例及配图视频,让你更好地理解和运用文中的技术概念,并可以给你带来具有足够启迪的思考......
作为Java中常用且重要的一个概念,泛型帮我们实现了代码重用,也保证了类型安全。但关于它的详细内容,目前很多同学还不清楚,所以接下来就带各位来学习这个重要的知识点。
1. 背景
为了能够让大家更好地理解泛型的作用,在我们开始学习泛型之前,先给大家提个开发需求:
我们现在有一个需求,要求你编写一个对数组进行排序的方法,该方法能够对浮点型数组、整型数组、字符串数组或者是其他任何类型的数组进行排序,你该如何实现?
有的小伙伴会说,这很简单啊,我可以利用方法重载,针对每种类型的数组分别编写一个排序方法,需要为几种类型的数组排序,我就定义几个排序方法。如果你是这么实现的,只能哈哈哈了,这种做法明显不好,代码可重用性太差。
又有的小伙伴说了,可以定义一个方法,里面设置一个Object[]类型的参数,这样无论是哪种类型都可以处理了。这样定义方法,比上面那个同学的想法要稍好一点,但此时我们需要在Object类型和整型、String类型或其他类型之间进行强制类型转换。所以这样做就无法保证集合中元素的类型安全,稍一不慎就可能会导致ClassCastException类型转换异常。
so,这也不行,那也不行,到底该怎么办?这不,为了解决这些问题,所以Java中就产生了泛型这个技术。
2. 概念
泛型(generics)这个技术是在JDK 5中引入的新特性,它的本质其实是类型参数化,利用泛型可以实现一套代码对多种数据类型的动态处理,保证了更好的代码重用性。并且泛型还提供了编译时对类型安全进行检测的机制,该机制允许我们在编译时就能够检测出非法的类型,提高了代码的安全性。
这种特性,使得泛型成了一种“代码模板”,让我们利用一套代码就能实现对各种类型的套用。也就是说,我们只需要编写一次代码,就可以实现万能匹配,这也是”泛型“这个概念的含义,你可以将其理解为”广泛的类型“、”非特定的类型“。咱们上面的那个需求,利用泛型就能轻松实现,还不需要进行类型的强制转换,并且也保证了数据的类型安全。
3. 作用
所以根据上面泛型的概念,我们可以提取出泛型的核心作用:
4. 使用场景
基于泛型的这些特性和作用,我们可以把泛型用在很多地方,在这里给大家做了一个总结,通常情况下,泛型可以用在如下场景中:
但是我们要注意,无论我们在哪个地方使用泛型,泛型都不能是基本类型,关于这一点,我会在讲解泛型擦除时再细说。
总之,泛型的应用场景有很多,以上只是给大家总结的几个重点使用场景,接下来就这几个场景分别给大家进行讲解。
1. 简介
泛型最常见的一个用途,就是在集合中对数据元素的类型进行限定。集合作为一个容器,主要是用来容纳保存数据元素的,但集合的设计者并不知道我们会用集合来保存什么类型的对象,所以他们就把集合设计成能保存任何类型的对象。这就要求集合具有很好的通用性,内部可以装载各种类型的数据元素。集合之所以可以实现这一功能,主要是集合的源码中已经结合泛型做了相关的设计,我们来看看Collection的源码,如下图所示:
而Collection的子类List中也增加了对泛型的支持,如下图所示:
上面的源码中,集合中的<E>就是泛型,至于泛型的名字为什么叫做”E“,后面再跟大家细说。但不管如何,从这些源码中我们就可以看出,Java的集合本身就支持泛型了。我们先不管集合底层是如何设计的,咱们先从基本用法开始学起。
2. 语法
在集合中使用泛型其实比较简单,我们以List集合为例,其基本语法如下:
上面的语法,其含义是说我们定义了一个ArrayList集合,但该集合不能随便添加数据元素,只能添加String类型的元素。也就是说,在上面的语法中,我们通过泛型,限定了ArrayList集合的元素类型。当我们定义List集合时,如果已经限定了泛型类型,但后面添加元素时你非得违背这个类型,Java就会在编译阶段报错,如下图所示:
我们在定义集合时,可以省略后面ArrayList里的String,编译器可以自动根据前面<>里的类型,推断出后面<>里使用的泛型类型。另外Set和Map集合的用法,与List集合类似,我们可以通过下面这个案例来体会一下集合泛型的魅力。
3. 代码案例
在本案例中,我们可以给List、Set、Map等集合设置泛型,从而限定集合中数据元素的类型。
在这个案例中,我们在集合中通过泛型限定了集合元素的数据类型。如果元素的类型与要求的不一致,在编译阶段就会检测出有错误,不需要进入到运行阶段才能发现类型不一致。而且我们在获取集合中的元素时,也不需要进行强制类型转换,程序会自动进行隐式转换,这就保证了数据的安全性,也提高了代码的执行效率。
另外我们所使用的泛型参数,也被称为类型变量,是用于指定泛型类型名称的标识符。我们可以根据需要,在集合、类、接口、方法等地方定义一个或多个泛型参数,这些泛型化的类型参数也被称为参数化的类或参数化的类型。
我们除了可以在集合中使用泛型,还可以在定义接口时使用泛型,这也是泛型的常用形式之一。
1. 语法
在定义接口时使用泛型的基本语法格式如下:
大家注意,这里泛型的名称T/M/N,其实是我们随意写的,我们并不一定非要使用T,也可以使用M、N、E等任意名称。而之所以使用T,只是采用了Type类型这个单词的首字母而已。虽然如此,但我们在实际开发时,为了尽量做到见名知意,请大家还是要尽量采用有意义的名称,通常会使用如下几个常用字母:
另外,这里的T只是一种类型参数,你可以把它理解成是一个”表面的占位符“。在真正赋值时,它可以用任何实际的类型来替代,如Integer、String、自定义类型等。并且我们在定义接口时,可以根据实际需要,同时定义多个泛型,多个泛型之间用","逗号分割。而在实际使用时,我们需要在该接口名的后面加上一对尖括号,用来传入实际的类型。
2. 代码案例
2.1 定义泛型接口
接下来我们再通过一个案例来学习一下接口泛型如何使用,这里我们定义一个泛型接口ICompute,内部定义了一个用于计算的方法,如下所示:
2.2 实现泛型接口
接下来我们把这个接口进行实现,代码如下:
这里直接利用匿名内部类的写法进行实现,大家也可以编写一个类实现ICompute接口。我这里传入了两个Integer类型的具体参数,分别取代M和N,当然我们也可以根据需要,在实现时传入Float/Double等其他类型。
其实Java的类和接口在很多地方都很类似,所以我们在定义接口时可以使用泛型,也可以在定义类时使用泛型,泛型类常用于类中的属性类型不确定的情况下,这也是泛型的常用形式之一。
1. 语法
其实泛型类的声明和普通类的声明类似,只是在类名后面多添加了一个关于泛型的声明。并且泛型类的类型参数部分,可以包含一个或多个类型参数,多个参数间用逗号隔开。一般我们在定义泛型类时,需要在类名后添加类型参数,语法格式与泛型接口一致,如下所示:
泛型类的要求和泛型接口完全一样,这里就不再赘述了。
2. 代码案例
2.1 定义泛型类
接下来定义一个泛型类PAIr,它包含两个类型相同的成员变量:
在上述代码中,我们定义了一个泛型类Pair,它有两个类型相同的成员变量first和second,以及一个构造函数和两个访问成员变量的方法。在定义Pair类时,我们使用了类型参数T来代表类型,而在实例化该泛型类时,需要指明泛型类中的类型参数,并赋予泛型类属性相应类型的值,比如指定T是String/Integer/Student/Person等任意类型。
2.2 使用泛型类
接下来是使用Pair类的具体代码:
在上述代码中,我们使用了Pair类,并将类型参数指定为String类型。然后我们创建了一个Pair对象,并通过getFirst和getSecond方法访问了成员变量。
在Java中,泛型不仅可以用于类、方法的定义,还可以用于类和接口的继承与实现。接下来壹哥就给大家详细介绍一下,该如何继承泛型类和实现泛型接口。
1. 简介
大家要注意,一个被定义为泛型的类和接口,也可以被子类继承和实现。例如下面的示例代码,就给大家演示了如何继承一个泛型类。
但是如果我们想要SonClass类在继承FatherClass类时,能够保留父类的泛型类型,则需要在继承时就指定。否则直接使用extends FatherClass语句进行继承操作时,T1、T2 和 T3都会自动变为Object类型,所以一般情况下都是将父类的泛型类型保留。
接下来会分别给大家介绍一下如何继承泛型类和实现泛型接口。
2. 继承泛型类
2.1 定义泛型父类
在Java中,我们可以通过继承一个泛型类来实现泛型的重用。子类可以继承父类中定义的泛型类型,并根据自己的需要,增加、修改泛型类型的参数,从而实现泛型类的个性化定制。下面是一个泛型类的示例:
2.2 泛型子类继承父类
我们可以通过继承GenericClass类,来创建一个新的泛型类SonGenericClass,并增加新的泛型类型:
在上面的示例中,SonGenericClass类继承了GenericClass类,并增加了一个新的泛型类型T2。在构造方法中,调用父类的构造方法,并传入T1类型的数据,然后再将T2类型的数据赋值给类的成员变量otherData。通过这种方式,我们可以创建一个具有更多泛型参数的类,并且保留了原始泛型类的特性。我们来看看最终的测试结果:
这样,子类通过继承父类,也自动获得了父类中的泛型。
3. 实现泛型接口
3.1 定义泛型接口
类似于继承泛型类,我们也可以通过实现泛型接口,来定义具有多个泛型参数的接口。实现泛型接口的过程与实现普通接口的过程相同,我们只需要在接口名后面添加<T>这样的泛型参数声明即可。下面是一个泛型接口的示例:
3.2 两种实现方式
我们在实现泛型接口时,可以采用两种实现方式:
如果是通过指定具体类型的方式进行实现,一般形式如下:
在这种方式中,我们定义了一个Pair接口,然后让子类StringPair进行实现,但在实现时就明确指定了具体的泛型参数为String。这样,我们在使用StringPair对象时,就明确知道了类内部的数据类型。
如果是通过保留泛型参数的方式进行实现,一般形式如下:
在这种方式中,我们定义了一个泛型接口Pair<T>,然后定义一个实现字类NumberPair,可以在实现时保留泛型参数。
3.3 实现泛型接口
接下来,我们再编写一个SubGenericInterface类,并通过保留泛型参数的方式,来实现GenericInterface接口,并增加一个新的泛型类型T2,代码如下:
这样泛型子类就实现了泛型父类,并在子类中增加了一个新的泛型,最终的结果如下所示:
其实,实现泛型接口和继承泛型类都很简单,我们只需要在类定义中使用相同的泛型类型参数,然后实现接口的方法或覆盖超类的方法即可。
以上就是关于泛型的概念、作用、泛型接口、泛型类等相关的内容,其实泛型的内容还有很多,比如泛型方法、泛型擦除和泛型中的通配符等。但受限于篇幅,会在下一篇文章中继续给大家讲解这些内容,敬请继续关注哦。
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至此,在本文中就把泛型的概念、作用、泛型接口和泛型类给大家介绍完了,本文重点内容如下: