夯实JAVA基本之一——泛型详解(2)：高级进阶

我不是女神ヾ 2023-08-17 16:38 46阅读 0赞

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<T> {
        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<Integer> p1 = new Point<Integer>();
    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<T>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<T>{
        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：

![SouthEast][]

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<T> {
        public boolean compareTo(T i);
    }
    //添加上extends Comparable之后，就可以Comparable里的函数了
    public static <T extends Comparable>  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<StringCompare> {
        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：

![SouthEast 1][]

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。

**（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 <T extends Fruit> 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<T extends Fruit>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：

![SouthEast 2][]

**（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 <T extends Fruit&Serializable> 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 extends Comparable & Serializable, U extends Runnable> 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。

## 二、通配符 ##

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。

### 1、引入 ###

重新来看我们上篇用的Point泛型定义：

class Point<T> {
        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<Integer> integerPoint = new Point<Integer>(3,3);
    …………
    Point<Float> floatPoint = new Point<Float>(4.3f,4.3f);
    …………
    Point<Double> doublePoint = new Point<Double>(4.3d,4.90d);
    …………
    Point<Long> longPoint = new Point<Long>(12l,23l);
    …………

在这段代码中，我们使用Point<T>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？

### 2、无边界通配符：？ ###

**（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<Integer>(3,3);
    point = new Point<Float>(4.3f,4.3f);
    point = new Point<Double>(4.3d,4.90d);
    point = new Point<Long>(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<Integer>(3,3);
    point = new Point<Float>(4.3f,4.3f);
    point = new Point<Double>(4.3d,4.90d);
    point = new Point<Long>(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<String>(),Point<Object>()都是可以的  
![SouthEast 3][]

**（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<T> {
       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<String> 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<String>();

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。

![SouthEast 4][]

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<T>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：  
![SouthEast 5][]

我们给通配符加上限定： Point<? extends Number> 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<Number>();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<T extends Number>:

class Point<T extends Number> {
        private T x;       // 表示X坐标
        private T y;       // 表示Y坐标
     
       …………
    }

**（2）注意：利用<? extends Number>定义的变量，只可取其中的值，不可修改**  
看下面的代码：  
![SouthEast 6][]

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<? extends Number>决定的，并不会因为point = new Point<Integer>(3,3);而改变类型。  
即便point = new Point<Integer>(3,3);之后，point的类型依然是Point<? extends Number>，即派生自Number类的未知类型！！！这一点很好理解，如果在point = new Point<Integer>(3,3);之后，point就变成了Point<Integer>类型，那后面point = new Point<Long>(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<? extends Number>，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<? extends Number> point，那也就是说，填充Point的泛型变量T的为<? extends Number>，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<? extends Number>，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 <? extends XXX>指填充为派生于XXX的任意子类的话，那么<? super XXX>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<? super Manager> list;

它表示的意思是将泛型T填充为<? super Manager>，即任意Manager的父类；也就是说任意将List<T>中的泛型变量T填充为Manager父类的List变量，都可以赋值给list;

![SouthEast 7][]

从上面的代码中可以看出new ArrayList<Employee>()，new ArrayList<Manager>()都是正确的，而new ArrayList<CEO>()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<Manager>()是可以成功赋值给 List<? super Manager> 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：

![SouthEast 8][]

先看存的部分：

List<? super Manager> list;
    list = new ArrayList<Employee>();
    //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<? extends Number> point中point的类型是由Point<? extends Number>确定的，相同的是list的类型是也是由List<? super Manager> ；list的item的类型始终是<? super Manager>，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<? super Manager>,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<Employee> list = new ArrayList<Employee>();
    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<? super Manager> list;
    list = new ArrayList<Employee>();
    //存
    list.add(new Employee()); //编译错误
    list.add(new Manager());
    list.add(new CEO());

编译器无法确定<? super Manager>的具体类型，但唯一可以确定的是Manager()、CEO()肯定是<? super Manager>的子类，所以肯定是可以add进去的。但Employee不一定是<? super Manager>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：  
![SouthEast 9][]

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<? super Manager>，那编译器能肯定的是<? super Manager>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<T>构造泛型实例的区别**  
同样以Point泛型类为例：

class Point<T> {
        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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[SouthEast 2]: /images/20230810/b5d09219073d4ad3925a74e7acbdc3ae.png
[SouthEast 3]: /images/20230810/7c2e7d2a32c14309b16940a2c760ccf6.png
[SouthEast 4]: /images/20230810/e3c4221e06004698a1a8bc5ee95a7313.png
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[SouthEast 6]: /images/20230810/993b71ca5b814cbd9080a7c731e59685.png
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