java generic

泛型允许对类型进行抽象，最常见的泛型类是容器类。例如：

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("1");
list.add("2");
for(String s: list) {
System.out.println(s);
}    以上例子中，如果试图向list中添加一个Integer对象，那么会导致编译错误。编译器会进行类型检查，这避免了使用非泛型容器类时常见的强制类型转换。泛型类是具有一个或者多个类型变量（type variable）的类。以下是个简单的例子：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class Bag<E> {
private List<E> bag = new ArrayList<E>();

public Iterator<E> iterator() {
return this.bag.iterator();
}

public boolean add(E e) {
return this.bag.add(e);
}

public boolean remove(Object o) {
return this.bag.remove(o);
}

public boolean contains(Object e) {
return this.bag.contains(e);
}

public boolean addAll(Bag<? extends E> b) {
return this.bag.addAll(b.bag);
}

public boolean removeAll(Bag<?> b) {
return this.bag.removeAll(b.bag);
}

public boolean containsAll(Bag<?> b) {
return this.bag.containsAll(b.bag);
}
   
public void clear() {
this.bag.clear();
}
  
   List<E> getBag() {
return this.bag;
}
}import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;

public class Bags {
public static <E> void sort(Bag<E> b, Comparator<? super E> c) {
Collections.sort(b.getBag(), c);
}

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(Bag<T> b) {
return Collections.max(b.getBag());
}

public static <E> void copy(Bag<E> dest, Bag<? extends E> src) {
dest.addAll(src);
}
}    需要注意的是，不能抛出或者捕获泛型类的实例，泛型类继承自Throwable也是不合法的。此外也不能声明泛型类实例的数组，例如以下代码会造成编译错误：

Bag<Integer> b3[] = new Bag<Integer>[10]; // Cannot create a generic array of Bag<Integer>

2 泛型方法
    泛型方法是指带有类型参数的方法，类型变量的位置是修饰符和返回类型之间。在调用泛型方法的时候，具体类型的位置是方法名前的尖括号中，在绝大多数的情况下，由于编译器可以判断出具体类型，因此也可以省略具体类型。以下是个简单的例子：

public class Base {
    public String getName() {
    return "Base";
    }

    public static <T> void print(T t) {
        System.out.println(t.toString());
    }

    public static void main(String args[]) {
    Base base = new Base();
    Base.<Base>print(base);
    Base.print(base);
    }
}    以上例子中的print方法内只能调用T从Object类继承的方法。如果希望将T限定为Base及其子类，那么可以使用extends设定上限，或者使用super设定下限（C++中不能限定参数变量的类型），例如：

public static <T extends Base> void print(T t) {
System.out.println(t.getName());
}    类型变量也可以有多个限定，限定类型用&分割。如果限定类型可以包含多个接口，但是至多有一个类（单继承），如果有一个类，那么它必须是第一个限定类型。例如：

T extends Comparable & Serializable

3 擦除
    编译器会为每个泛型类型自动提供一个原始类型（raw type）。其类型变量会被擦除，并用其限定类型代替，如果没有限定类型，那么使用Object。不能使用原始数据类型作为类型变量，例如没有Bag<int>，但是可以有Bag<Integer>。
    由于类型变量不存在于运行时，因此Java泛型没有C++模板类的代码膨胀问题。但是也有批评人士认为：如果你打算表示“任何类型”，那么Java会把这个任何类型转化为Object。这只能说Java的泛型只是对Object类型的一个泛化而已。Java泛型只是解决了容器类之间的自动转型罢了。

    由于类型变量会被擦除，因此不管泛型类的类型变量是什么，它的所有实例的运行时类是相同的，例如以下代码的输出如下：

Bag<Integer> b1 = new Bag<Integer>();
Bag<String> b2 = new Bag<String>();
System.out.println(b1.getClass());
System.out.println(b2.getClass());
System.out.println(b1.getClass() == b2.getClass());    class Bag
    class Bag
    true

    由于类的静态成员变量和成员方法也被类的所有实例共享，因此不能在类的静态成员变量和成员方法中引用类型变量。例如以下的代码会导致编译错误：

public class Bag<E> {
private static E INSTANCE; // Cannot make a static reference to the non-static type E

public static E getInstance() { // Cannot make a static reference to the non-static type E
return INSTANCE;
}
}    不能通过类型变量构造实例，但是可以通过Class.newInstance和Array.newInstance来构造实例。例如以下的代码会造成编译错误：

public Bag() {
E e1 = new E(); // Cannot instantiate the type E
E e2[] = new E[10];
}    在擦除后，也不能引起冲突。考虑如下代码：

public class Bag<E> {
public boolean equals(E e) { // Name clash: The method equals(E) of type Bag<E> has the same erasure as equals(Object) of type Object but does not override it
return true;
}
}    以上的Bag类的类型变量被擦除后的代码如下：

public class Bag<E> {
public boolean equals(Object e) {
return true;
}
}    其equals方法与Object.equals(Object obj)方法冲突。

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和是合法的，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());
    }
}