Java数据结构与算法分析-第一章(引论)-Java中的范型<T,E>构件
一、为什么需要使用范型?
官方的说法是:Java 泛型(generics)是 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。
泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。
说明一下:在没有范型或者不使用范型的时候,下面给出一个假设:
Person类的构造器:public Person(Object o){this.o=o}
我们编码的时候实例化一个类的实例(含参数):Person p1=new Person(1), Person p1=new Person("小风微凉");
那么问题来了,我们知道传入的参数被传递给了Person的o属性,由于传入的类型都是Object的子类型,所以编译的时候是没有问题的,此时看不到错误,但是我们 并不知道这个属性o会做如何的处理,这个处理就会对数据的类型有着严格的要求了,当然处理的时候也不会编译报错,毕竟是Object类型,但是会在jvm调用执行的时候报错:ClassCastException
所以:使用范型的好处之一就是:把报错的时机,从运行时提前到了编译时,这样更有利于我们编码。
并且,范型具有自动装箱拆箱的功能。
二、举个例子分析一下
不使用范型的例子就太多了,这里我直接使用范型,在使用中说明一下我的发现。
(1)定义一个范型接口:GenericInterface<T>:这种用法,在前一篇介绍ArrayList源码的时候就多次出现过。
1 package com.xfwl.generics;2 /**
3 * 数据结构与算法分析" title="数据结构与算法分析">数据结构与算法分析:第一章
4 * @function 泛型结构(jre1.5及以上)
5 * @author 小风微凉
6 * @time 2018-5-6 下午12:51:45
7 * @param <T>
8 */
9 public interface GenericInterface<T> {
10 //定义一个属性
11 public static int INT_1=1;
12 /**
13 * 接口中定义的范型方法
14 * @param t 传入参数范型类型T
15 * @return 返回范型类型T
16 */
17 public T fun_1(T t);
18 }
说明一下:
在定义这个范型接口的时候,我发现定义属性的时候:不能使用范型!
原因:因为接口中的属性的默认修饰符为:public static ,而Java的泛型是擦除机制,所以不能被static修饰为共有部分,因此编译不会通过。
(2)定义一个范型类:GenericClass<T,E>
1 package com.xfwl.generics;2 /**
3 * 数据结构与算法分析:第一章
4 * @function 泛型类(jre1.5及以上)
5 * @author 小风微凉
6 * @time 2018-5-6 下午12:39:08
7 */
8 @SuppressWarnings("unchecked")
9 public class GenericClass<T,E> implements GenericInterface<T> {
10 private T att1;//属性1
11 public String att2;//属性2
12 private GenericClass generic=null;
13 public GenericClass(T t){
14 this.att1=t;
15 }
16 //单例模式-懒汉式:范型不能用于static修饰的属性或方法中
17 public GenericClass getSingleInstence(T t){
18 if(generic==null){
19 generic=new GenericClass<T,E>(t);
20 }
21 return generic;
22 }
23 /**
24 * 接口中实现方法
25 */
26 public T fun_1(T t) {
27 System.out.println("fun_1()输出:"+t);
28 return null;
29 }
30 /**
31 * 当前类中的方法
32 * @param e 传递过来的类型
33 * @return 返回范型E
34 */
35 public E fun_2(E e){
36 System.out.println("fun_2()输出:"+e);
37 return e;
38 }
39 }
说明一下:
定义范型类的时候,可以直接实现范型接口:implements GenericInterface<T>,而泛型类中的范型也可允许为多个即: GenericClass<T,E>,但是需要注意的一点是:范型类中的范型必须包含范型接口中的范型,原因很简单,既然实现了接口,就必须重写接口里面的方法,而这些方法就使用了范型接口中的范型,所以就这样喽!同样的,范型类中不可以使用static去修饰范型属性。
(3)范型的使用
定义了一个使用范型的类:
1 package com.xfwl.generics;2 public class Test {
3 /**
4 * @param args
5 */
6 public static void main(String[] args) {
7 //不使用范型
8 GenericClass g_4=new GenericClass("type_String");
9 //使用范型:三种方法均可
10 GenericClass<String, Integer> g_1=new GenericClass<String, Integer>("type_String");
11 GenericClass<String, Integer> g_2=new GenericClass("type_String");
12 GenericClass<String, Integer> g_3=new GenericClass<>("type_String");//jre1.7及以上:菱形运算符
13 //开始调用方法
14 g_1.fun_1("g_1_1");//jre1.5及以上
15 g_1.fun_2(1);
16
17 g_2.fun_1("g_2_1");//jre1.5及以上
18 g_2.fun_2(2);
19
20 g_3.fun_1("g_3_1");//jre1.7及以上
21 g_3.fun_2(3);
22
23 }
24 }
先运行一下,看下运行结果:
fun_1()输出:g_1_1fun_2()输出:1
fun_1()输出:g_2_1
fun_2()输出:2
fun_1()输出:g_3_1
fun_2()输出:3
说明一下:
上面三种方法都可以拿到范型类的对象,并且都可以正常运行。
那么来看看,这三个对象在调用范型类的范型方法的时候,编译器是如何处理的!!!
(1)使用范型,编译器是如何处理的?
//使用范型:三种方法均可GenericClass<String, Integer> g_1=new GenericClass<String, Integer>("type_String");
GenericClass<String, Integer> g_2=new GenericClass("type_String");
GenericClass<String, Integer> g_3=new GenericClass<>("type_String");//jre1.7及以上:菱形运算符
//开始调用方法
g_1.fun_1("g_1_1");//jre1.5及以上
g_1.fun_2(1);
g_2.fun_1("g_2_1");//jre1.5及以上
g_2.fun_2(2);
g_3.fun_1("g_3_1");//jre1.7及以上
g_3.fun_2(3);
如下图:
从上图可以很明显的看到,在编译的时候,编译器就已经为范型确定了指定的类型,这个时候如果我们想要使用这些方法,就必须按照指定的类型进行传参,否则编译报错。
以此类推,g_2,g_3对象都是这样的情况。
(2)继续看一下:如果不使用范型,编译是如何让处理的呢?
//不使用范型GenericClass g_4=new GenericClass("type_String");
如下图所示:
可以看到,在实例化范型类的时候,并没有指定类型,然后直接调用范型类中的范型方法,编译器没有找到指定的类型,就默认为Object基类来处理了!
这样的话,就会出现,传入各种引用类型均不会编译报错,但是在方法体中处理这些数据的时候,有可能出现数据类型转换失败的异常:ClassCastException。
而如果使用了范型,就可以在编译的时候抛出异常,更方便我们编码,效果会好很多。
三、范型的扩展
先补充一个知识点:
Java中数组具有“协变性”,但是集合Collection不具有协变性。
“协变性”:可以理解为兼容性。
数组的协变性的简单案例如下:
1 package com.xfwl.generics;2 /**
3 * 数据结构与算法分析:第一章
4 * @function 数组类型的兼容性
5 * @author 小风微凉
6 * @time 2018-5-6 下午1:26:52
7 */
8 public class ArrayParent {}
1 package com.xfwl.generics;2 public class Test {
3 /**
4 * @param args
5 */
6 public static void main(String[] args) {
7 //验证数组具有兼容性
8 //创建三个数组
9 ArrayParent[] par={};
10 ArraySon_1[] son1={};
11 ArraySon_2[] son2={};
12
13 //开始测试
14 fun_3(par);
15 fun_3(son1);
16 fun_3(son2);
17 }
18 private static void fun_3(ArrayParent[] arr){}
19 private class ArraySon_1 extends ArrayParent{}
20 private class ArraySon_2 extends ArrayParent{}
21 }
(1)带有限制的通配符
由上面可以看出数组具有协变性,导致代码得以编译,不会在编译的时候报红,因为真正地在进行类型转换是在JVM运行的时候,如果此时有问题,会产生一个运行时异常(一个ArrayStoreException)。而使用范型的全部原因就在于产生编译器错误,而不是类型不匹配的运行时异常。所以范型集合是不协变的。
所以可以存在:传入数组参数(支持协变性)
private static void fun_3(ArrayParent[] arr){}
却不能写成:
private static void fun_3(Collection<ArrayParent> arr){}
说明:如果按照上面这行代码的效果,我们调用fun_3(...)的时候就只能传参:Collection<ArrayParent>这种类型的参数,而不支持Collection<ArraySon_1>这种类型的参数
现在的问题是,范型(以及范型集合)不是协变性的(但有意义),而数组是协变性的。若无附加的语法,则用户就会避免使用集合Collection,因为失去协变性使得代码缺少灵活性。
Java5中的“通配符”来弥补这个不足,通配符用来表示参数类型的子类(或者超类)。
现在贴出一个例子:
1 package com.xfwl.generics;2
3 import java.util.ArrayList;
4 import java.util.Collection;
5 import java.util.Iterator;
6
7 /**
8 * 数据结构与算法分析:第一章
9 * @function 范型通配符
10 * @author 小风微凉
11 * @time 2018-5-6 下午2:46:56
12 */
13 public class Test2<T> {
14
15 public static void main(String[] args) {
16 System.out.println("***【1】***********************");
17 //开始测试:范型的通配符
18 Collection<ArrayParent> list=new ArrayList<>();
19 list.add(new ArrayParent());
20 list.add(new ArraySon_1());
21 list.add(new ArraySon_2());
22 fun_4(list);
23 Collection<ArraySon_1> list2=new ArrayList<>();
24 list2.add(new ArraySon_1());
25 fun_4(list2);//编译通过,运行正常
26
27 System.out.println("***【2】***********************");
28 //测试?extends T
29 Collection<ArraySon_1> list3=new ArrayList<>();
30 list3.add(new ArraySon_1());
31 fun_5(list3);//编译通过,运行正常
32
33 System.out.println("***【3】***********************");
34 Collection<ArrayParent> list4=new ArrayList<>();
35 list4.add(new ArrayParent());
36 fun_6(list4);//编译通过
37 //fun_6(list3);//编译不通过,报错The method fun_6(Collection<? super Test2.ArraySon_2>) in the type Test2<T> is not applicable for the arguments (Collection<Test2.ArraySon_1>)
38 }
39 private static void fun_3(ArrayParent[] arr){}
40 @SuppressWarnings("unused")
41 private static void fun_4(Collection<?> arr){//?表示随便什么类型
42 Iterator<?> it= arr.iterator();
43 for(;it.hasNext();){
44 System.out.println(it.next().toString());
45 }
46 }
47 @SuppressWarnings("unused")
48 private static void fun_5(Collection<? extends ArrayParent> arr){//?表示ArrayParent的子类
49 Iterator<?> it= arr.iterator();
50 for(;it.hasNext();){
51 System.out.println(it.next().toString());
52 }
53 }
54 @SuppressWarnings("unused")
55 private static void fun_6(Collection<? super ArraySon_2> arr){//?表示ArraySon_2的超类
56 Iterator<?> it= arr.iterator();
57 for(;it.hasNext();){
58 System.out.println(it.next().toString());
59 }
60 }
61 private static class ArraySon_1 extends ArrayParent{
62 @Override
63 public String toString() {
64 return "ArraySon_1_toString()";
65 }
66 }
67 private static class ArraySon_2 extends ArrayParent{
68 @Override
69 public String toString() {
70 return "ArraySon_2_toString()";
71 }
72 }
73 }
看一下运行结果:
***【1】***********************com.xfwl.generics.ArrayParent@626b2d4a
ArraySon_1_toString()
ArraySon_2_toString()
ArraySon_1_toString()
***【2】***********************
ArraySon_1_toString()
***【3】***********************
com.xfwl.generics.ArrayParent@5e91993f
值得说明的是:
(1)通配符指的是“?”,不信?那么如果把参数:Collection<?> arr 改为:Collection<T> arr,会出现什么情况呢?
经过我的测试如下图:
Cannot make a static reference to the non-static type T
翻译之后:“ 不能对非静态类型T进行静态引用”
那么修改一下代码:但是这就牵扯到了范型的另外一个用法:范型的static方法,如下
(2)范型的static方法
上面的代码中,我们知道,范型不能应用与一般的static方法结构的方法定义中。如果一定要使用范型的static方法,则必须按照固定的格式去定义才可以通过编译。
static方法固定格式:
访问权限修饰符 static <范型T,...> 返回类型 方法名称(范型T t){}
根据上面的格式:简单罗列几种可能出现的方法定义的样式:如下
/*** 范型static方法
* 格式:一定要在static后面跟上<范型>才不会编译报错
*/
public static <T> void fun_7(T t) {
System.out.println("fun_7()输出:"+t);
}
public static <T> T fun_8(T t) {
System.out.println("fun_8()输出:"+t);
return t;
}
所以:此时就可以改造一下上面范型类:GenericClass<T,E>中的单例模式的代码了!
private static GenericClass generic=null;private GenericClass(T t){
this.att1=t;
}
//单例模式-懒汉式:范型不能用于static修饰的属性或方法中
public static <T,E> GenericClass getSingleInstence(T t){
if(generic==null){
generic=new GenericClass<T,E>(t);
}
return generic;
}
分析一下:
从上面代码可以看到:静态方法getSingleInstence(T t)的修饰符<T,E>有范型T和范型E两种范型,而方法体中,也使用到了范型T和范型E。
或许你会有点好奇,既然泛型类:GenericClass<T,E>中已经申明了范型E,那么方法getSingleInstence(T t)的范型修饰符中能不能不用到E,或者T呢?
带着这个疑问,继续测试一下:
从上面两个截图中就可以看出来:范型static方法,必须在static后面紧接着跟上 这个方法体和参数定义中的范型类型,缺一不可。
但是顺序是可以不固定的:如下:
public static <E,T> GenericClass getSingleInstence(T t){}或者
public static <T,E> GenericClass getSingleInstence(T t){}
(3) 范型类型的限定
类型限界在尖括号内指定,它指参数类型必须具有的性质。
这里有一个看起来非常浮复杂的方法定义语句,但是关于范型最复杂的方法定义语句,估计也就是这个样子的了。
1 /**2 * 求数组中的最大值
3 * @param arr 范型数组
4 * @return 返回的最大值
5 */
6 public static <T extends Comparable<? super T>,E> T findMax(T[] arr){
7 int maxIndex=0;
8 for(int i=0;i<arr.length;i++){
9 if(arr[i].compareTo(arr[maxIndex])>0){
10 maxIndex=i;
11 }
12 }
13 return arr[maxIndex];
14 }
简单分析一下上面这个方法吧!
其实,如果经过上面的各个案例的分析说明,这个方法的定义格式就很好理解了。
(1)理解:Comparable<? super T>
含义:理解之前需要了解Compareable这个接口是怎样的:
public interface Comparable<T> {
然后Comparable<? super T>,表示Compareable这个接口的比较类型?(通配符)是一个范型类T的父类。
(2)理解:T extends Comparable<? super T>
含义:表示实现了一个类型T,该类型T是Compareable接口实现类的子类,该Compareable接口实现类的比较类型是T的父类(超类或基类)。
(好像是有点绕啊,有更好的理解,欢迎指点。)
(3)理解:<T extends Comparable<? super T>,E>
含义:声明两种范型类型
(4)理解:T[] arr
含义:传入的参数,范型T的数组
(5)理解:findMax方法体
含义:比较找出当前数组中的最大的数据。运用了CompareTo方法,需要说明的是,当前的范型T的对象,都是实现了接口Compareable的类的对象。
(4)范型的类型擦除
范型在很大程度上是Java语言中的成分而不是虚拟机中的结构,范型可以由编译器通过所谓的“类型擦除”(type erasure)过程而转变成非泛型类。这样,编译器就生产一种与范型类同名的原始类,
但是类型参数都被删除了。类型变量由他们的类型限界来代替,当一个具有擦除返回类型的范型方法被调用的时候,一些特性被自动地插入。如果使用一个范型类而不带类型参数,那么使用的是原始类。
类型擦除的一个重要的推论是,所生产的代码与程序员在范型之前所写的代码并没有太多的差异,而且事实上运行的也并不快。其显著地优点在于,程序员不比把一些类型转换放到代码中,编译器经进行重要的类型检查。
(5)对于范型的限制
对于范型有许多的限制,由于类型擦除的原因,这里列出的每一个限制都必须遵守。
- 基本类型
基本类型不能用作类型参数,因此,GenericClass<T,E>正确,但是GenericClass<int> 是非法的。必须使用包装类!
- instanceof检测
instanceof检测和类型转换只对原始类型进行
static的语境
在一个范型类中,static方法和static域均不可引用类的类型变量,因为在类型擦除后类型变量就不存在了,另外,由于实际上只存在一个原始的类,因此static域在诸多范型实例之间是共享的。
- 范型类型的实例化
不能创建一个范型类型的实例,如果T是一个变量,则语句: T t=new T();//是非法的。 T由他的界限替代,可能是Object或者是抽象类,所以对new的调用没有意义。
- 范型的数组对象
不能创建一个范型数组,如果T是一个类型变量,则语句 T[] arr=new T[10];//是不合法的。T将由他的界限代替,可很能是Object T,于是(由于类型擦除产生的)对T[]的类型转换将无法进行,因为Object[] 不是T[]。
- 参数化类型的数组
参数化类型的数组的实例化是非法的。比如下面这样的:
GenericClass<String, Integer>[] g_1 =new GenericClass<> [10];//这是非法的,会报编译异常
好了,范型的学习也差不多了,到此告一段落了。以后有新的发现会继续研究。
以上是 Java数据结构与算法分析-第一章(引论)-Java中的范型<T,E>构件 的全部内容, 来源链接: utcz.com/z/391079.html