Java Generic (2)

4 泛型和继承
    首先考虑如下代码：

public class Base {
    private String id;
	
    public String getName() {
        return "Base";
    }
	
    public final String getId() {
        return id;
    }

    public final void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
}

public class Derived extends Base {
	
    public String getName() {
        return "Derived";
    }
    
    public static void main(String args[]) {
        //
        Base base = new Base();
        Derived derived = new Derived();
        List<Base> list = new ArrayList<Base>();
        list.add(base);
        list.add(derived);
		
        //
        List<Derived> list2 = new ArrayList<Derived>();
        List<Base> list3 = list2; // Type mismatch: cannot convert from List<Derived> to List<Base>

        //      
        List list4 = list2;
        list4.add(new Integer(1));
        for(Object o : list4) {
            System.out.println(o);
        }
        try {
            for(Base b : list2) {
                System.out.println(b); // Runtime Exception
            }
        } catch(ClassCastException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 
        List<?> list5 = list2;
    }
}

    泛型类可以继承或者实现其它泛型类或接口，例如ArrayList<T>实现了List<T>接口。因此ArrayList<Base>可以被转换成List<Base>，此外向List<Base>中添加base和derived也是合法的。
    但是将list2赋值给list3会导致编译错误，就像关于继承的那个经典问题一样：苹果可以是水果的子类，但是能够装苹果的袋子不是能够装水果的袋子的子类。将list2赋值给list4是合法的，但是如果向list4中添加一个Integer对象，那么在访问list2的时候会导致运行时异常。
    list5使用了通配符，这在稍后会介绍。

 

5 通配符
    在引入泛型之前，遍历Collection的方法通常如下：

public static void visit(Collection c) {

    for(Iterator iter = c.iterator(); iter.hasNext(); ) {
        System.out.println(iter.next());
    }
}

public static void main(String args[]) {
    List list = new ArrayList();
    list.add("1");
    visit(list);
}

    使用泛型后，可以写成：

public static void visit(Collection<Object> c) {

    for(Object o : c) {
        System.out.println(o);
    }
}

public static void main(String args[]) {
    List<String> list = new ArrayList();
    list.add("1");
    visit(list); // The method visit(Collection<Object>) in the type Test is not applicable for the argument (List<String>)
}

    由于List<String>并不是Collection<Object>的子类（Collection<Object>并不是所有类型的集合的父类型），因此调用visit(list)会造成编译错误。为了解决这个问题，Java泛型引入了通配符“？”。Collection<?>是所有类型的集合的父类型，叫做“未知集合”。

    需要注意的是，向“未知集合”中添加对象不是类型安全的，这会导致编译错误，唯一例外的是null。此外从“未知集合”中获得的对象的类型也只能是Object类型。例如：

Collection<?> c = new ArrayList<String>();
c.add("1"); // The method add(capture#1-of ?) in the type Collectoin<capture#1 of ?> is not applicable for the arguments (String)
c.add(null);
Object o = c.get(0);  

 

5．1 有界通配符
5．1．1 上界
    可以使用extends为通配符限定上界，例如以下代码中限定了通配符的上界是Base类：

public static void visit(Collection<? extends Base> c) {

    for(Base b : c) {
        System.out.println(b);
    }
}

public static void main(String args[]) {
    List<Base> list = new ArrayList<Base>();
    list.add(new Base());
    list.add(new Derived());
    visit(list);
}

     在visit方法中，同样不能向c中添加非null对象。例如以下代码会造成编译错误：

public static void visit(Collection<? extends Base> c) {
    c.add(new Derived()); // The method add(capture#1-of ? extends Base) in the type Collection<capture#1 -of ? extends Base> is not applicable for the arguments(Derived)
}

    有时也可以不使用通配符而达到相同的目的，例如： 

public static <T> void copy(List<T> dest, list< ? extends T> src) {
...
}

public static <T, S extends T> void copy(List<T> dest, List<S> src) {
...
}

 

5．1．2 下界
    可以使用super为通配符限定下界，考虑以下代码：

public class Derived extends Base implements Comparable<Object> {
    public int compareTo(Object obj) {
        return System.identityHashCode(this) - System.identityHashCode(obj);
    }

    public static <T extends Comparable<T>> T max(Collection<T> c) {
        return Collections.max(c);
    }

    public static void main(String args[]) {
        List<Derived> list = new ArrayList<Derived>();
        list.add(new Derived());
        Derived.max(list); // Bound mismatch: The generic method max(Collection<T>) of type Derived is not applicable for the arguments (List<Derived>). The inferred type Derived is not a valid substitute for the bounded parameter <T extends Comparable<T>>
    }
}

    以上的max方法中限定了T类型必须实现了Comparable<T>接口，那么在main方法中以list为参数调用max方法会导致编译错误，这是因为Derived类没有实现Comparable<Derived>接口。这样的限制有些严格，如果将max方法改成如下方式，可以带来更大的灵活性。

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(Collection<T> c) {
    return Collections.max(c);
}

    以下的代码虽然没有太大的意义，但是需要注意的是，在print方法中，p.setFirst()方法和p.setSecond()方法的参数类型为T，但是p.getFirst()方法和p.getSecond()方法的返回值类型只能是Object型。

public class Pair<T> {
    //
    private T first;
    private T second;

    public Pair(T first, T second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T getFirst() {
        return first;
    }

    public void setFirst(T first) {
        this.first = first;
    }

    public T getSecond() {
        return second;
    }

    public void setSecond(T second) {
        this.second = second;
    }

    public void print(Pair<? super T> p) {
        Object first = p.getFirst();
        Object second = p.getSecond();
        System.out.println("first: " + first + ",  second: " + second);
    }

    public static void main(String args[]) {
        Pair<Derived> p1 = new Pair<Derived>(new Derived(), new Derived());
        Pair<Base> p2 = new Pair<Base>(new Base(), new Base());
        p1.print(p2);
    }
}
 

 

5．2 通配符捕获
    考虑为Pair类编写一个方法，用于交换first和second。由于通配符不是变量类型，那么如下的写法是非法的：

? t = p.getFirst();

    此外，以下的写法也会导致编译错误：

public static void swap(Pair<?> p) {
    Object first = p.getFirst();
    p.setFirst(p.getSecond()); // The method setFirst(captur#4-of ?) in the type Pair<capture#4-of ?> is not applicable for the arguments (capture#5-of ?)
    p.setSecond(first); // The method setFirst(captur#6-of ?) in the type Pair<capture#6-of ?> is not applicable for the arguments (Object)
}

    可以通过一个额外的泛型方法中的类型参数来捕获通配符，例如： 

public static void swap(Pair<?> p) {
    doSwap(p);
}

private static <T> void doSwap(Pair<T> p) {
    T first = p.getFirst();
    p.setFirst(p.getSecond());
    p.setSecond(first);
}

 

6 泛型和反射
    Class类是泛型的，而且实现了java.lang.reflect.Type接口。Class类没有公共构造方法。Class对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的。Class类的newInstance方法通过默认的构造函数返回类型为T的对象。例如：

public static <T> Pair<T> make(Class<T> c) throws InstantiationException, IllegalAccessException {
    return new Pair<T>(c.newInstance(), c.newInstance());
}

Pair<String> ps = Pair.make(String.class);

    接口 TypeVariable<D extends GenericDeclaration>，ParameterizedType, WildcardType，GenericArrayType继承自Type，用于通过反射获得泛型类型的信息（尽管进行了擦除）。
    TypeVariable 表示各种类型变量。其getName()方法返回在源码中声明的变量名；getBounds()方法返回类型变量上边界Type对象数组；getGenericDeclaration()返回GenericDeclaration对象，以表示声明此类型变量的一般声明。
    ParameterizedType 表示参数化类型，例如Collection<String>。其getRawType()返回原始类型，也就是声明此类型的类或接口；getActualTypeArguments()方法返回表示此类型实际类型参数的 Type对象数组。
    WildcardType 表示一个通配符类型表达式，如 ?、? extends Number 或 ? super Integer。getLowerBounds()方法返回类型变量下边界Type对象数组；getUpperBounds()方法返回类型变量上边界Type对象数组。
    GenericArrayType 表示一种数组类型，其组件类型为参数化类型或类型变量。getGenericComponentType() 返回此数组的元素类型的Type对象。
    关于以上接口的详细文档，请参考Javadoc。以下是一个简单的例子，用于获得类型变量的Class类型：

import java.lang.reflect.ParameterizedType;

public abstract class GenericBase<T extends Comparable<? super T>> {
    //
    private Class<T> clazz;

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public GenericBase() {
        ParameterizedType pt = (ParameterizedType)getClass().getGenericSuperclass();
        clazz = (Class<T>)pt.getActualTypeArguments()[0];
    }

    public Class<T> getClazz() {
        return clazz;
    }

    public void setClazz(Class<T> clazz) {
        this.clazz = clazz;
    }
}

public class GenericDerived extends GenericBase<String> {
    public static void main(String args[]) {
        GenericDerived gd = new GenericDerived();
        System.out.println(gd.getClazz());
    }
}

评论

4 楼 laser_lu 2010-02-18  

Java的Generic只是方便Compiler进行部分类型检查的一种语法糖，本质上都还是raw types。而且这种“表面形式”的Generic会导致很多难以理解的问题和莫名其妙的语法限制，其实某种程度是增加了程序员的负担，每次用Generics写代码脑子里都要提防Type Erasure带来的种种错误和警告。。。

3 楼 whitesock 2008-07-25  

不敢苟同数组的协变性，
Object oa[] = new Integer[5];
oa[0] = new Object();
以上代码会导致异常，也就是说在对你说：
java认为Integer数组是一个Object数组（可以通过编译），但尝试把它当成Object数组使用是个错误（抛出运行时异常）。就抱错的时机来说，我更倾向于编译时错误。

2 楼 kruce 2008-07-25  

苹果可以是水果的子类，但是能够装苹果的袋子不是能够装水果的袋子的子类
协变问题了, 数组是协变的, 但泛型不是
一个Integer数组可以是一个Number数组, 但一个List<Integer>不是List<Number>
协变和非协变都有优缺点, 比如泛型重载, 虽然java的泛型是可擦除的

1 楼 trydofor 2008-04-24  

苹果可以是水果的子类，但是能够装苹果的袋子不是能够装水果的袋子的子类