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Java中的泛型和泛型通配符详解

寻技术 JAVA编程 2023年10月17日 125

1. 前言

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，该机制允许开发者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。

2. 泛型的作用

那么泛型的作用就是在编译的时候能够检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的。 在没有泛型的情况的下，通过对类型 Object 的引用来实现参数的“任意化”，“任意化”带来的缺点是要做显式的强制类型转换，而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况，编译器可能不提示错误，在运行的时候才出现异常，这是本身就是一个安全隐患。

public class GlmapperGeneric<T> {
    private T t;
    public void set(T t) {
        this.t = t;
    }
    public T get() {
        return t;
    }
    /**
     * 不指定类型
     */
    public void noSpecifyType() {
        GlmapperGeneric glmapperGeneric = new GlmapperGeneric();
        glmapperGeneric.set("test");
        // 需要强制类型转换
        String test = (String) glmapperGeneric.get();
        System.out.println(test);
    }
    /**
     * 指定类型
     */
    public void specifyType() {
        GlmapperGeneric<String> glmapperGeneric = new GlmapperGeneric();
        glmapperGeneric.set("test");
        // 不需要强制类型转换
        String test = glmapperGeneric.get();
        System.out.println(test);
    }
}

上面这段代码中的 specifyType 方法中 省去了强制转换，可以在编译时候检查类型安全，可以用在类，方法，接口上。

3. 泛型通配符

在查看源码时，能发现有各种没有见过的泛型通配符，例如：T、K、V、E、？等等，那这些通配符究竟有什么意义呢？

3.1 常用的K、V、T、E、？

本质上这些通配符没有任何区别，只是程序员在编码过程中的一些约定俗成的规范。比如上述代码中的 T ，我们可以换成 A-Z 之间的任何一个 字母都可以，并不会影响程序的正常运行，但是如果换成其他的字母代替 T ，在可读性上可能会弱一些。通常情况下，T，E，K，V，？是这样约定的：

  • ？ 表示不确定的 java 类型
  • T (type) 表示具体的一个java类型
  • K V (key value) 分别代表java键值中的Key Value
  • E (element) 代表Element

3.2 无界通配符 “？”

可以指定任意的类型，没有任何限制作用。

例如：

//测试泛型的定义
public class Generic<T> {
    private T name;
    private T flag;
    public void setFlag(T flag){
        this.flag = flag;
    }
    public T getFlag(){
        return this.flag;
    }
}
public class ShowMsg {
    /*如果在Generic对象中确定了类型，那么调用
    例如定义的对象为Generic<String> g时,只
    能输出String类型的getFlag(),而Generic<?>
    则表示通配任何类型*/
    public void showFlag(Generic<?> g){
        System.out.println(g.getFlag());
    }
}
//测试无界通配符
public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        ShowMsg s = new ShowMsg();
        Generic<Integer> c = new Generic<>();
        c.setFlag(100);
        s.showFlag(c);
        Generic<Number> c1 = new Generic<>();
        c1.setFlag(20);
        s.showFlag(c1);
        Generic<String> c2 = new Generic<>();
        c2.setFlag("oldlu");
        s.showFlag(c2);
    }
}

3.3 上届通配符 <? extend E>

特征： 用 extend 关键字声明，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。

好处：

  • 如果传入的类型不是 E 或者 E 的子类，编译不成功
  • 泛型中可以使用 E 的方法，要不然还得强转成 E 才能使用

举例：

在这里插入图片描述

3.4 下届通配符 <? supper E>

特征： 用 supper 关键字声明，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的父类型，直至 Object。

注意：在类型参数中使用 super 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的父类。

举例：

在这里插入图片描述

泛型限制为 猫科动物 或者 猫科动物的父类，所以 猫 作为子类，是不能传入的。

注意： 上界通配符主要用于读数据，下界通配符主要用于写数据。

3.5 ？和 T 的区别

？和 T 都表示不确定的类型，区别在于我们可以对 T 进行操作，但是对 ？不行，比如如下这种 ：

// 可以
T t = operate();
// 不可以
？car = operate();

区别1：可以通过 T 保证参数的一致性

泛型方法的定义：

interface MyGeneric {
    // 通过 T 来 确保 泛型参数的一致性
    <T> void testT(List<T> dest, List<T> src);
    //通配符是 不确定的，所以这个方法不能保证两个 List 具有相同的元素类型
    void testNon(List<?> dest, List<?> src);
}
class GlmapperGeneric<E> implements MyGeneric {
    @Override
    public <T> void testT(List<T> dest, List<T> src) {}
    @Override
    public void testNon(List<?> dest, List<?> src) {}
}
@Test
public void test() {
    GlmapperGeneric<String> glmapperGeneric = new GlmapperGeneric<>();
    List<String> dest = new ArrayList<>();
    List<Number> src = new ArrayList<>();
    // 不报错，”？“ 忽略参数是否一致，只要传入即可。
    glmapperGeneric.testNon(dest, src);
    // 报错，“T” 会校验参数是否一致。
    glmapperGeneric.testT(dest, src);
}

区别2：类型参数可以多重限定而通配符不行

interface MultiLimitInterfaceA {}
interface MultiLimitInterfaceB {}
class MultiLimit implements MultiLimitInterfaceA, MultiLimitInterfaceB {
    /**
     * 使用 & 符，设置多重边界
     */
    public <T extends MultiLimitInterfaceA & MultiLimitInterfaceB> void method(T t) {
    }
}

使用 & 符号设定多重边界（Multi Bounds)，指定泛型类型 T 必须是 MultiLimitInterfaceA 和 MultiLimitInterfaceB 的共有子类型，此时变量 t 就具有了所有限定的方法和属性。

对于通配符 “？” 来说，因为它不是一个确定的类型，所以不能进行多重限定。

区别3：通配符可以使用超类限定而类型参数不行

例如：通配符 ？ 可以

List<? extends T> getList();
List<? super T> getList();

但参数 T 只能：

List<T extends A> getList();

4. Class<T> 和 Class<?> 的区别

通过动态代理获取实例的例子演示T和?的区别：

/**
 * Class<T> 表明是一个确定的Java类型
 * Class<?> 是一个不确定的Java类型
 * 如果使用Class<?>还需要强制类型转换，所以此处必须使用<T>
 */
public <T> T createInstance(Class<T> clazz) throws InstantiationException, IllegalAccessException {
    return clazz.newInstance();
}
@Test
public void test() throws InstantiationException, IllegalAccessException {
    A instance = createInstance(A.class);
    B instance1 = createInstance(B.class);
}
class A {}
class B {}

总结：Class<T> 在实例化时，需要将T替换成具体类。Class<?>是通配泛型，? 可以代表任何类型，所以主要在声明时的限制。 例如：

// 不报错
public Class<?> clazz;
// 报错
public Class<T> clazz;

如果想Class<T>在声明时不报错，则当前类也指定泛型 T。

class Test<T> {
	public Class<?> clazz;
	// 不报错
	public Class<T> clazz;
}
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Tags： 泛型 详解 java
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