Java 5泛型深入研究

Java 5泛型深入研究

上接《Java 泛型的理解与等价实现》，这个仅仅是泛型的入门。有博友反映泛型很复杂，难以掌握。鉴于此，写一片续集。

实际上泛型可以用得很复杂，复杂到编写代码的人员自己也难以看懂。这往往是对泛型的滥用或者类或接口本身设计不合理导致的。

看来用好泛型还真不容易，为此必须从根源说起。

一、逐渐深入泛型

1、没有任何重构的原始代码：
有两个类如下，要构造两个类的对象，并打印出各自的成员x。

public class StringFoo {
    private String x;

    public StringFoo(String x) {
        this.x = x;
    }

    public String getX() {
        return x;
    }

    public void setX(String x) {
        this.x = x;
    }
}

public class DoubleFoo {
    private Double x;

    public DoubleFoo(Double x) {
        this.x = x;
    }

    public Double getX() {
        return x;
    }

    public void setX(Double x) {
        this.x = x;
    }
}

以上的代码是在无聊，就不写如何实现了。

2、对上面的两个类进行重构，写成一个类：
因为上面的类中，成员和方法的逻辑都一样，就是类型不一样，因此考虑重构。Object是所有类的父类，因此可以考虑用Object做为成员类型，这样就可以实现通用了，实际上就是“Object泛型”，暂时这么称呼。

public class ObjectFoo {
    private Object x;

    public ObjectFoo(Object x) {
        this.x = x;
    }

    public Object getX() {
        return x;
    }

    public void setX(Object x) {
        this.x = x;
    }
}

写出Demo方法如下：
public class ObjectFooDemo {
    public static void main(String args[]) {
        ObjectFoo strFoo = new ObjectFoo("Hello Generics!");
        ObjectFoo douFoo = new ObjectFoo(new Double("33"));
        ObjectFoo objFoo = new ObjectFoo(new Object());

        System.out.println("strFoo.getX="+(String)strFoo.getX());
        System.out.println("douFoo.getX="+(Double)douFoo.getX());
        System.out.println("objFoo.getX="+(Object)objFoo.getX());
    }
}

运行结果如下：

strFoo.getX=Hello Generics!
douFoo.getX=33.0
objFoo.getX=java.lang.Object@19821f

解说：在Java 5之前，为了让类有通用性，往往将参数类型、返回类型设置为Object类型，当获取这些返回类型来使用时候，必须将其“强制”转换为原有的类型或者接口，然后才可以调用对象上的方法。

3、Java5泛型来实现
强制类型转换很麻烦，我还要事先知道各个Object具体类型是什么，才能做出正确转换。否则，要是转换的类型不对，比如将“Hello Generics!”字符串强制转换为Double,那么编译的时候不会报错，可是运行的时候就挂了。那有没有不强制转换的办法----有，改用Java5泛型来实现。

public class GenericsFoo<T> {
    private T x;

    public GenericsFoo(T x) {
        this.x = x;
    }

    public T getX() {
        return x;
    }

    public void setX(T x) {
        this.x = x;
    }
}

public class GenericsFooDemo {
    public static void main(String args[]){
        GenericsFoo<String> strFoo=new GenericsFoo<String>("Hello Generics!");
        GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));
        GenericsFoo<Object> objFoo=new GenericsFoo<Object>(new Object());

        System.out.println("strFoo.getX="+strFoo.getX());
        System.out.println("douFoo.getX="+douFoo.getX());
        System.out.println("objFoo.getX="+objFoo.getX());
    }
}

运行结果：

strFoo.getX=Hello Generics!
douFoo.getX=33.0
objFoo.getX=java.lang.Object@19821f

和使用“Object泛型”方式实现结果的完全一样，但是这个Demo简单多了，里面没有强制类型转换信息。

下面解释一下上面泛型类的语法：
使用<T>来声明一个类型持有者名称，然后就可以把T当作一个类型代表来声明成员、参数和返回值类型。

当然T仅仅是个名字，这个名字可以自行定义。

class GenericsFoo<T> 声明了一个泛型类，这个T没有任何限制，实际上相当于Object类型，实际上相当于 class GenericsFoo<T extends Object>。

与Object泛型类相比，使用泛型所定义的类在声明和构造实例的时候，可以使用“<实际类型>”来一并指定泛型类型持有者的真实类型。类如
GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));

当然，也可以在构造对象的时候不使用尖括号指定泛型类型的真实类型，但是你在使用该对象的时候，就需要强制转换了。比如：GenericsFoo douFoo=new GenericsFoo(new Double("33"));

实际上，当构造对象时不指定类型信息的时候，默认会使用Object类型，这也是要强制转换的原因。


二、泛型的高级应用

1、限制泛型的可用类型
在上面的例子中，由于没有限制class GenericsFoo<T>类型持有者T的范围，实际上这里的限定类型相当于Object，这和“Object泛型”实质是一样的。限制比如我们要限制T为集合接口类型。只需要这么做：
class GenericsFoo<T extends Collection>，这样类中的泛型T只能是Collection接口的实现类，传入非Collection接口编译会出错。

注意：<T extends Collection>这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。但这里的extends已经不是继承的含义了，应该理解为T类型是实现Collection接口的类型，或者T是继承了XX类的类型。

下面继续对上面的例子改进，我只要实现了集合接口的类型：

public class CollectionGenFoo<T extends Collection> {
    private T x;

    public CollectionGenFoo(T x) {
        this.x = x;
    }

    public T getX() {
        return x;
    }

    public void setX(T x) {
        this.x = x;
    }
}

实例化的时候可以这么写：

public class CollectionGenFooDemo {
    public static void main(String args[]) {
        CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;
        listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

        //出错了,不让这么干。
//        CollectionGenFoo<Collection> listFoo = null;
//        listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

        System.out.println("实例化成功!");
    }
}

当前看到的这个写法是可以编译通过，并运行成功。可是注释掉的两行加上就出错了，因为<T extends Collection>这么定义类型的时候，就限定了构造此类实例的时候T是确定的一个类型，这个类型实现了Collection接口，但是实现Collection接口的类很多很多，如果针对每一种都要写出具体的子类类型，那也太麻烦了，我干脆还不如用Object通用一下。别急，泛型针对这种情况还有更好的解决方案，那就是“通配符泛型”。


2、通配符泛型

为了解决类型被限制死了不能动态根据实例来确定的缺点，引入了“通配符泛型”，针对上面的例子，使用通配泛型格式为<? extends Collection>，“？”代表未知类型，这个类型是实现Collection接口。那么上面实现的方式可以写为：

public class CollectionGenFooDemo {
    public static void main(String args[]) {
        CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;
        listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

        //现在不会出错了
        CollectionGenFoo<? extends Collection> listFoo1 = null;
        listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());

        System.out.println("实例化成功!");
    }
}

注意：
1、如果只指定了<?>，而没有extends，则默认是允许Object及其下的任何Java类了。也就是任意类。
2、通配符泛型不单可以向下限制，如<? extends Collection>，还可以向上限制，如<? super Double>，表示类型只能接受Double及其上层父类类型，如Number、Object类型的实例。
3、泛型类定义可以有多个泛型参数，中间用逗号隔开，还可以定义泛型接口，泛型方法。这些都泛型类中泛型的使用规则类似。

三、泛型的综合运用实例（代码参考java参考大全，有改动）

public class AvgGen<T extends Number> {
    public AvgGen() {
    }
    public double getAvg(T[] arr) {
        double sum = 0.0;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            sum = sum + arr[i].doubleValue();
        }
        return sum / arr.length;
    }
    public static void main(String[] args) {
        //整形数组求均值
        System.out.println("整形数组{1, 3}求均值:");
        Integer[] intArr = {1, 3};
        AvgGen<Integer> intObj = new AvgGen<Integer>();
        double intavg = intObj.getAvg(intArr);
        System.out.println(intavg);
        System.out.println();
        //浮点型数组求均值
        System.out.println("浮点型数组{1.1f,2.9f}求均值:");
        Float[]  fArr = {1.1f, 2.9f};
        AvgGen<Float> fObj = new AvgGen<Float>();
        double favg = fObj.getAvg(fArr);
        System.out.println(favg);
    }
}


/**
* Created by IntelliJ IDEA.
* User: leizhimin
* Date: 2007-9-18
* Time: 11:08:14
* 使用通配符泛型参数：泛型参数是可变的，可在运行时来确定。
*/
public class AvgCompGen<T extends Number> {
    private T[] arr;
    /**
     * 构造函数
     * @param arr
     */
    public AvgCompGen(T[] arr) {
        this.arr = arr;
    }
    /**
     * 求数组均值
     * @return 数组均值
     */
    public double getAvg() {
        double sum = 0.0;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            sum += arr[i].doubleValue();
        }
        return sum / arr.length;
    }
    /**
     * 比较数组均值是否相等(使用通配符泛型参数)
     * AvgCompGen<?>表示可以匹配任意的AvgCompGen对象，有点类似Object
     *
     * @param x 目标对象
     * @return 均值是否相等
     */
    public boolean sameAvg(AvgCompGen<?> x) {
        if (getAvg() == x.getAvg()) return true;
        return false;
    }
    /**
     * 主函数：用来测试
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        //创建参数为Integer类型泛型对象
        Integer[] intArr = {1, 3};
        AvgCompGen<Integer> intObj = new AvgCompGen<Integer>(intArr);
        System.out.println("intObj的平均值="+intObj.getAvg());
        //创建参数为Double类型泛型对象
        Double[] douArr = {1.0, 3.0};
        AvgCompGen<Double> douObj = new AvgCompGen<Double>(douArr);
        System.out.println("douObj的平均值="+douObj.getAvg());
        //创建参数为Float类型泛型对象
        Float[] fltArr = {0.8f, 3.2f};
        AvgCompGen<Float> fltObj = new AvgCompGen<Float>(fltArr);
        System.out.println("fltObj的平均值="+fltObj.getAvg());
        //两两比较对象的均值是否相等
        if (intObj.sameAvg(douObj))
            System.out.println("intArr与douArr的值相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() + "   douObj的均值=" + douObj.getAvg());
        else
            System.out.println("intArr与douArr的值不相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() + "   douObj的均值=" + douObj.getAvg());
        if (intObj.sameAvg(fltObj))
            System.out.println("intArr与fltObj的值相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
        else
            System.out.println("intArr与fltObj的值不相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg() + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
        if (douObj.sameAvg(fltObj))
            System.out.println("douObj与fltObj的值相等,结果为:" + " douObj的均值=" + intObj.getAvg() + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
        else
            System.out.println("douObj与fltObj的值不相等,结果为:" + " douObj的均值=" + intObj.getAvg() + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());
    }
}

/**
* Created by IntelliJ IDEA.
* User: leizhimin
* Date: 2007-9-18
* Time: 16:09:37
* 三种坐标，用泛型实现坐标打印
*/
public class TwoD {
    int x, y;
    public TwoD(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}
class ThreeD extends TwoD {
    int z;
    public ThreeD(int x, int y, int z) {
        super(x, y);
        this.z = z;
    }
}
class FourD extends ThreeD {
    int t;
    public FourD(int x, int y, int z, int t) {
        super(x, y, z);
        this.t = t;
    }
}
/**
* 存放泛型坐标的（数据结构）类
*/
class Coords<T extends TwoD> {
    T[] coords;
    public Coords(T[] coords) {
        this.coords = coords;
    }
}
/**
* 工具类--打印泛型数据
* 并给出一个测试方法
*/
class BoundeWildcard {
    static void showXY(Coords<?> c) {
        System.out.println("X Y Coordinates:");
        for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {
            System.out.println(c.coords[i].x + "  " + c.coords[i].y);
        }
        System.out.println();
    }
    static void showXYZ(Coords<? extends ThreeD> c) {
        System.out.println("X Y Z Coordinates:");
        for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {
            System.out.println(c.coords[i].x + "  " + c.coords[i].y + "  " + c.coords[i].z);
        }
        System.out.println();
    }
    static void showAll(Coords<? extends FourD> c) {
        System.out.println("X Y Z Coordinates:");
        for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {
            System.out.println(c.coords[i].x + "  " + c.coords[i].y + "  " + c.coords[i].z + "  " + c.coords[i].t);
        }
        System.out.println();
    }
    public static void main(String args[]) {
        TwoD td[] = {
                new TwoD(0, 0),
                new TwoD(7, 9),
                new TwoD(18, 4),
                new TwoD(-1, -23)
        };
        Coords<TwoD> tdlocs = new Coords<TwoD>(td);
        System.out.println("Contents of tdlocs.");
        showXY(tdlocs);
        FourD fd[] = {
                new FourD(1, 2, 3, 4),
                new FourD(6, 8, 14,,
                new FourD(22, 9, 4, 9),
                new FourD(3, -2, -23, 17)
        };
        Coords<FourD> fdlocs = new Coords<FourD>(fd);
        System.out.println("Contents of fdlocs.");
        showXY(fdlocs);
        showXYZ(fdlocs);
        showAll(fdlocs);
    }
}

注意：多个泛型类、接口，接口、类继承，这种设计方式往往会导致泛型很复杂，程序的可读性急剧下降，程序中应该兼顾代码的可读性。

总结：泛型其实就是一个类型的参数化，没有它程序照样写！把这句话记心里。有两层含义：一是泛型的实质，二是要知其然还要知其所以然。泛型不可怕，泛型的设计也从开发者角度出发的，使用得当会大大提高代码的安全性和简洁性。

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