Java学习笔记：初识泛型_数组是协变的,而集合不是协变的

泛型

概念

在编写Java代码时，可能会有将所有类型的元素都可存放入一个数组存储的想法，此时自然而然能想到，使用超类Object类创建Object[]即可接收所有类的对象。但是这样的做法存在弊端：每当要使用Object[]内的元素时，要对元素进行强制转换，这又需要知道取出的元素为哪种类型，否则这种行为是不安全的。这种存储方式便偏离了方便使用的初衷。所以为了方便存储和调用，能否对这个Object[]进行规定？规定其存放的类型，在取用时就可直接使用，若能如此则十分便利。

泛型是JDK5引入的一个特性。泛型机制在Java程序进行编译时进行安全检测，允许使用者在编译阶段检测出非法的类型。

语法

class ClassName<T1,T2,...,Tn>{
    
}
class ClassName<T1,T2,...,Tn> extends ParentClass<T1>{
    
}
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Java常用中泛型标记符

注意事项

• <>菱形运算符中的类型在编译器可根据上下文推导出时可以省略

List<Integer> s = new ArrayList<Integer>();
List<Integer> s = new ArrayList<>();
//两条语句效果相同
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• 泛型将数据类型参数化进行传递，在编译时进行检测。只能使用类，不能使用8种基本的数据类型，若要使用则需要使用其包装类（每一个包装对象是不可变的，存储着基本数据类型原值，并提供获得基本数据类型值的方法，Java5后包装类支持自动装箱/拆箱）

• 使用表示当前类是泛型类

泛型方法

例：

public class Generics {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
        print(arr);
    }
//泛型static方法
    public static <E> void print (E[] input){
        for (E element: input) {
            System.out.printf("%s ", element);
        }
        System.out.println();
    }
}
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在泛型方法中的类型参数位于返回类型前

通配符

介绍

通配符< ? >是用来弥补泛型和泛型集合无法协变的不足。

Java中的数组是类型兼容的，叫作协变数组类型。数组是协变的，而泛型和泛型集合不是协变的。

//实现A、B类，B和A间为子类和父类关系
A[] test1 = new B[10];//编译通过
List<A> test2 = new ArrayList<B>();//编译报错
List<?> test3 = new ArrayList<B>();//<？>在此代表可以接收各种类型
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假设A类和B类存在继承关系，A类为B类的父类，f(A)为A类更复杂的类型转换，如：ArrayList

协变：变化后保持对应关系，即 B ≤ A -> f(B) ≤ f(A)

逆变：变化后逆转对应关系，即 B ≤ A -> f(A) ≤ f(B)

不变：变化后不满足上述两种关系

但是这样又会带来另外的问题

看下面这段代码

//定义一个泛型类Fruit，提供构造，get和set方法
class Fruit<T>{
    private T fruit;

    public Fruit() {
    }

    public Fruit(T fruit) {
        this.fruit = fruit;
    }

    public void setFruit(T fruit) {
        this.fruit = fruit;
    }

    public T getFruit() {
        return fruit;
    }
}

public class Generics {
    //main方法
    public static void main(String[] args) {
         Fruit<String> test1 = new Fruit<>("草莓");
        Fruit<Integer> test2 = new Fruit<>(3);
        printFruit(test1);//输出"草莓"
        printFruit(test2);//无法编译，因为printFruit方法中要求的参数类型为Fruit<String>
    }

    public static void printFruit(Fruit<String> fruit){
        System.out.println(fruit.getFruit());
    }
}
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此时我们只需将上述printFruit方法改成如下，即可运行

public static void printLife(Fruit<?> fruit){
        System.out.println(fruit.getShelfLife());
}
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但是上述的改法并不安全，因为<?>可以接收任何泛型，这不是我们想要看到的，应当要加以限制，这就引出了泛型上界和泛型下界

泛型上界

泛型上界基于协变性质

语法

<? extends 上界>
public static int count(Fruit<? extends Fruit> fruit){
    //可传入的实参类型被限定为Fruit及其子类
}
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? extends设置的上界不能写入数据，只能进行数据读取

//在public class Generics中添加该方法，同时构建一个Apple类继承Fruit类
public static void correctFruit(Fruit<? extends Fruit> fruit){
	fruit.setFruit(new Apple());//发生错误
}
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对于? extends限定的类型操作

List<? extends Fruit> wareHouse;
//Fruit为父类，Apple，Banana，Melon等为子类
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读取

对于wareHouse来说可以读取到Fruit的对象，因为其中存储的是为Fruit类和Fruit的子类，而不一定能读取到Apple，因为可能其中存储的是Banana或Melon，出于数据安全考虑，一般用Fruit(基类)进行接收

写入

对于wareHouse来说，我们不能存储Fruit入wareHouse中，因为wareHouse可能为List，不能存入Apple，因为wareHouse有可能为List，所以不能进行写入操作

泛型下界

泛型下界基于逆变性质

语法

<? super 下界>
public static int count(Fruit<? super Fruit> fruit){
    //可传入的实参类型被限定为Fruit及其父类
}
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? super设置的上界不能读取数据，只能进行数据存储

对于? super限定的类型操作

List<? super Fruit> wareHouse;
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读取

对于wareHouse来说，我们不能保证能读取到Fruit类型的数据，因为wareHouse可能存储的是Fruit的父类类型数据；不一定能读取Fruit的父类类型数据，有可能其中存储的是Object类型的数据，可以确定的是我们能读取的是Object类型的实例（见泛型擦除）

写入

对于wareHouse来说，可以存入Fruit及其子类类型的数据，但是不能存入Fruit父类，如Object类类型数据

类型擦除

泛型类可以由编译器通过类型擦除转变成非泛型类

class Fruit<T>{
    //在编译器编译时，T 会被替换成Object
}
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编译器生成了一种与泛型类同名的原始类，类型参数都被删去，类型变量由类型界限来代替，这就是擦除机制

优点：程序员可省略一些类型转换代码，由编译器进行类型检查

注意事项

• 不能创建一个泛型类型的实例

• T obj = new T();	//非法
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• 不能创建一个泛型数组

• T[] obj = new T[5];	//非法
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• 不能进行参数化类型的数组的实例化

• Fruit<String>[] arr = new Fruit<String>[10];//非法
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参考资料

[1] Java 之泛型通配符 ? extends T 与 ? super T 解惑

[2] 几个搞不太懂的术语：逆变、协变、不变

[3] 数据结构与算法分析 [美]Mark Allen Weiss

本文的主要目的是充当学习笔记，同时强化学习效果，且兼有分享所学知识之意，欢迎批评指正