java范型功略

 在已发布的Java1.4中在核心代码库中增加了许多新的API(如Loging,正则表达式，NIO)等，在最新发布的JDK1.5和即将发布的JDK1.6中也新增了许多API，其中比较有重大意义的就是Generics(范型）。

一.什么是Generics?

Generics可以称之为参数类型(parameterized types),由编译器来验证从客户端将一种类型传送给某一对象的机制。如Java.util.ArrayList,编译器可以用Generics来保证类型安全。
在我们深入了解Generics之前,我们先来看一看当前的java 集合框架（Collection)。在j2SE1.4中所有集合的Root Interface是Collection

Collections example without genericity: Example 1

1 protected void collectionsExample() {
2  ArrayList list = new ArrayList();
3  list.add(new String("test string"));
4  list.add(new Integer(9)); // purposely placed here to create a runtime ClassCastException
5  inspectCollection(list);
6 }
7
8
9 protected void inspectCollection(Collection aCollection) {
10  Iterator i = aCollection.iterator();
11  while (i.hasNext()) {
12   String element = (String) i.next();
13  }
14 }

以上的样例程序包含的两个方法，collectionExample方法建立了一个简单的集合类型ArrayList，并在ArrayList中增加了一个 String和一个Integer对象.而在inspecCollection方法中，我们迭代这个ArrayList用String进行Cast。我们看第二个方法，就出现了一个问题,Collection在内部用的是Object，而我们要取出Collection中的对象时,需要进行Cast，那么开发者必需用实际的类型进行Cast,像这种向下造型，编译器无法进行检查,如此一来我们就要冒在代码在运行抛出ClassCastException的危险。我们看inspecCollection方法，编译时没有问题，但在运行时就会抛出ClassCastException异常。所以我们一定要远离这个重大的运行时错误


二.使用Generics
从上一章节中的CassCastException这种异常，我们期望在代码编译时就能够捕捉到,下面我们使用范型修改上一章的样例程序。
//Example 2

1 protected void collectionsExample() {
2  ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
3  list.add(new String("test string"));
4  // list.add(new Integer(9)); this no longer compiles
5  inspectCollection(list);
6 }
7 
8 
9 protected void inspectCollection(Collection<String> aCollection) {
10  Iterator<String> i = aCollection.iterator();
11  while(i.hasNext()) {
12   String element = i.next();
13  }
14 }

从上面第2行我们在创建ArrayList时使用了新语法，在JDK1.5中所有的Collection都加入了Generics的声明。例:
//Example 3

1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> {
2  // details omitted...
3  public void add(E element) {
4   // details omitted
5  }
6  public Iterator<E> iterator() {
7   // details omitted
8  }
9 }

这个E是一个类型变量，并没有对它进行具体类型的定义,它只是在定义ArrayList时的类型占位符,在Example 2中的我们在定义ArrayList的实例时用String绑定在E上,当我们用add(E element)方法向ArrayList中增加对象时, 那么就像下面的写法一样： public void add(String element)；因为在ArrayList所有方法都会用String来替代E,无论是方法的参数还是返回值。这时我们在看Example 2中的第四行，编译就会反映出编译错误。
所以在java中增加Generics主要的目的是为了增加类型安全。

通过上面的简单的例子我们看到使用Generics的好处有：
1.在类型没有变化时，Collection是类型安全的。
2.内在的类型转换优于在外部的人工造型。
3.使Java 接口更加强壮,因为它增加了类型。
4.类型的匹配错误在编译阶段就可以捕捉到，而不是在代码运行时。

受约束类型变量
虽然许多Class被设计成Generics，但类型变量可以是受限的
public class C1<T extends Number> { }
public class C2<T extends Person & Comparable> { }
第一个T变量必须继承Number，第二个T必须继承Person和实现Comparable

三.Generics 方法

像Generics类一样，方法和构造函数也可以有类型参数。方法的参数和返回值都可以有类型参数，进行Generics。
//Example 4

1 public <T extends Comparable> T max(T t1, T t2) {
2  if (t1.compareTo(t2) > 0)
3   return t1;
4  else return t2;
5 }

这里，max方法的参数类型为单一的T类型，而T类型继承了Comparable，max的参数和返回值都有相同的超类。下面的Example 5显示了max方法的几个约束。
//Example 5　

1 Integer iresult = max(new Integer(100), new Integer(200));
2 String sresult = max("AA", "BB");
3 Number nresult = max(new Integer(100), "AAA"); // does not compile

在Example 5第1行参数都为Integer，所以返回值也是Integer，注意返回值没有进行造型。
在Example 5第2行参数都为String，所以返回值也是String，注意返回值没有进行造型。以上都调用了同一个方法。
在Example 5第3行产生以下编译错误：
Example.java:10: incompatible types
found  : java.lang.Object&java.io.Serializable&java.lang.Comparable<?>
required: java.lang.Number
    Number nresult = max(new Integer(100), "AAA");

这个错误发生是因为编译器无法确定返回值类型，因为String和Integer都有相同的超类Object,注意就算我们修正了第三行，这行代码在运行仍然会报错，因为比较了不同的对象。

四.向下兼容
任何一个新的特色在新的JDK版本中出来后，我们首先关心的是如何于以前编写的代码兼容。也就是说我们编写的Example 1程序不需要任何的改变就可以运行,但是编译器会给出一个"ROW TYPE"的警告。在JDK1.4中编写的代码如何在JVM1.5中完全兼容运行,我们要人工进行一个:Type erasure处理过程

五.通配符

//Example 6

List<String> stringList = new ArrayList<String>(); //1
List<Object> objectList = stringList ;//2
objectList .add(new Object()); // 3
String s = stringList .get(0);//4

乍一看，Example 6 是正确的。但stringList本意是存放String类型的ArrayList,而objectList中可以存入任何对象，当在第3行进行处理时， stringList也就无法保证是String类型的ArrayList,此时编译器不允许这样的事出现，所以第3行将无法编译。

//Example 7

void printCollection(Collection<Object> c) 
{ for (Object e : c) { 
System.out.println(e);
}}

Example 7的本意是打印所有Collection的对象,但是正如Example 6所说的，编译会报错，此时就可以用通配符“？”来修改Example 7

//Example 8

void printCollection(Collection<?> c) 
{ for (Object e : c) { 
System.out.println(e);
}}

Example 8中所有Collection类型就可以方便的打印了

有界通配符 <T extends Number>(上界) <T super Number>(下界)

六.创建自己的范型
以下代码来自http://www.java2s.com/ExampleCode/Language-Basics
1.一个参数的Generics
//Example 9(没有使用范型)

class NonGen {  
  Object ob; // ob is now of type Object 
  // Pass the constructor a reference to   
  // an object of type Object 
  NonGen(Object o) {  
    ob = o;  
  }  
  // Return type Object. 
  Object getob() {  
    return ob;  
  }  
  // Show type of ob.  
  void showType() {  
    System.out.println("Type of ob is " +  
                       ob.getClass().getName());  
  }  
}  
// Demonstrate the non-generic class.  
public class NonGenDemo {  
  public static void main(String args[]) {  
    NonGen iOb;   
    // Create NonGen Object and store 
    // an Integer in it. Autoboxing still occurs. 
    iOb = new NonGen(88);  
    // Show the type of data used by iOb. 
    iOb.showType(); 
    // Get the value of iOb. 
    // This time, a cast is necessary. 
    int v = (Integer) iOb.getob();  
    System.out.println("value: " + v);  
    System.out.println();  
    // Create another NonGen object and  
    // store a String in it. 
    NonGen strOb = new NonGen("Non-Generics Test");  
    // Show the type of data used by strOb. 
    strOb.showType(); 
    // Get the value of strOb. 
    // Again, notice that a cast is necessary.  
    String str = (String) strOb.getob();  
    System.out.println("value: " + str);  
    // This compiles, but is conceptually wrong! 
    iOb = strOb; 
    v = (Integer) iOb.getob(); // runtime error! 
  }  
}

  

//Example 10(使用范型)

class Example1<T>{
 private T t;
 Example1(T o){
  this.t=o;
  }
 T getOb(){
  return t;
 }
 void ShowObject(){
  System.out.println("对象的类型是："+t.getClass().getName());
 }
}
public class GenericsExample1 {

 /**
  * @param args
  */
 public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  Example1<Integer> examplei=new Example1<Integer>(100);
  examplei.ShowObject();
  System.out.println("对象是："+examplei.getOb());
  Example1<String> examples=new Example1<String>("Bill");
  examples.ShowObject();
  System.out.println("对象是："+examples.getOb());
 }

}

我们来看Example 9没有使用范型，所以我们需要进行造型，而Example 10我们不需要任何的造型

2.二个参数的Generics

//Example 11

class TwoGen<T, V> { 
   T ob1; 
   V ob2; 
   // Pass the constructor a reference to  
   // an object of type T. 
   TwoGen(T o1, V o2) { 
     ob1 = o1; 
     ob2 = o2; 
   } 
   // Show types of T and V. 
   void showTypes() { 
     System.out.println("Type of T is " + 
                        ob1.getClass().getName()); 
     System.out.println("Type of V is " + 
                        ob2.getClass().getName()); 
   } 
   T getob1() { 
     return ob1; 
   } 
   V getob2() { 
     return ob2; 
   } 
 } 

public class GenericsExampleByTwoParam {

 /**
  * @param args
  */
 public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  TwoGen<Integer, String> tgObj = 
       new TwoGen<Integer, String>(88, "Generics"); 
     // Show the types. 
     tgObj.showTypes(); 
     // Obtain and show values. 
     int v = tgObj.getob1(); 
     System.out.println("value: " + v); 
     String str = tgObj.getob2(); 
     System.out.println("value: " + str); 
   } 

 }

3.Generics的Hierarchy

//Example 12

class Stats<T extends Number> {  
   T[] nums; // array of Number or subclass 
   // Pass the constructor a reference to   
   // an array of type Number or subclass. 
   Stats(T[] o) {  
     nums = o;  
   }  
   // Return type double in all cases. 
   double average() {  
     double sum = 0.0; 
     for(int i=0; i < nums.length; i++)  
       sum += nums[i].doubleValue(); 
     return sum / nums.length; 
   }  
 }  
public class GenericsExampleByHierarchy {


 /**
  * @param args
  */
 public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub

   Integer inums[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 
     Stats<Integer> iob = new Stats<Integer>(inums);   
     double v = iob.average(); 
     System.out.println("iob average is " + v); 
     Double dnums[] = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 }; 
     Stats<Double> dob = new Stats<Double>(dnums);   
     double w = dob.average(); 
     System.out.println("dob average is " + w); 
     // This won't compile because String is not a 
     // subclass of Number. 
//     String strs[] = { "1", "2", "3", "4", "5" }; 
//     Stats<String> strob = new Stats<String>(strs);   
//     double x = strob.average(); 
//     System.out.println("strob average is " + v); 
   }  
 }

  

4.使用通配符
//Example 14

class StatsWildCard<T extends Number> {
 T[] nums; // array of Number or subclass
 // Pass the constructor a reference to
 // an array of type Number or subclass.
 StatsWildCard(T[] o) {
  nums = o;
 }
 // Return type double in all cases.
 double average() {
  double sum = 0.0;
  for (int i = 0; i < nums.length; i++)
   sum += nums[i].doubleValue();
  return sum / nums.length;
 }
 // Determine if two averages are the same.
 // Notice the use of the wildcard.
 boolean sameAvg(StatsWildCard<?> ob) {
  if (average() == ob.average())
   return true;
  return false;
 }
}

public class GenericsExampleByWildcard {

 /**
  * @param args
  */
 public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  Integer inums[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
  StatsWildCard<Integer> iob = new StatsWildCard<Integer>(inums);
  double v = iob.average();
  System.out.println("iob average is " + v);
  Double dnums[] = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 };
  StatsWildCard<Double> dob = new StatsWildCard<Double>(dnums);
  double w = dob.average();
  System.out.println("dob average is " + w);
  Float fnums[] = { 1.0F, 2.0F, 3.0F, 4.0F, 5.0F };
  StatsWildCard<Float> fob = new StatsWildCard<Float>(fnums);
  double x = fob.average();
  System.out.println("fob average is " + x);
  // See which arrays have same average.
  System.out.print("Averages of iob and dob ");
  if (iob.sameAvg(dob))
   System.out.println("are the same.");
  else
   System.out.println("differ.");
  System.out.print("Averages of iob and fob ");
  if (iob.sameAvg(fob))
   System.out.println("are the same.");
  else
   System.out.println("differ.");

 }

}

5.使用边界通配符
//Example 15

class TwoD { 
  int x, y; 
  TwoD(int a, int b) { 
    x = a; 
    y = b; 
  } 
} 
// Three-dimensional coordinates. 
class ThreeD extends TwoD { 
  int z; 
  ThreeD(int a, int b, int c) { 
    super(a, b); 
    z = c; 
  } 
} 
// Four-dimensional coordinates. 
class FourD extends ThreeD { 
  int t; 
  FourD(int a, int b, int c, int d) { 
    super(a, b, c); 
    t = d;  
  } 
} 
// This class holds an array of coordinate objects. 
class Coords<T extends TwoD> { 
  T[] coords; 
  Coords(T[] o) { coords = o; } 
} 
// Demonstrate a bounded wildcard. 
public class BoundedWildcard { 
  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 T 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); // OK, is a TwoD 
//  showXYZ(tdlocs); // Error, not a ThreeD 
//  showAll(tdlocs); // Erorr, not a FourD 
    // Now, create some FourD objects. 
    FourD fd[] = { 
      new FourD(1, 2, 3, 4), 
      new FourD(6, 8, 14, 8), 
      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."); 
    // These are all OK. 
    showXY(fdlocs);  
    showXYZ(fdlocs); 
    showAll(fdlocs); 
  } 
} 

6.ArrayList的Generics
//Example 16

public class ArrayListGenericDemo {
  public static void main(String[] args) {
    ArrayList<String> data = new ArrayList<String>();
    data.add("hello");
    data.add("goodbye");

    // data.add(new Date()); This won't compile!

    Iterator<String> it = data.iterator();
    while (it.hasNext()) {
      String s = it.next();
      System.out.println(s);
    }
  }
} 

7.HashMap的Generics
//Example 17

public class HashDemoGeneric {
  public static void main(String[] args) {
    HashMap<Integer,String> map = new HashMap<Integer,String>();

    map.put(1, "Ian");
    map.put(42, "Scott");
    map.put(123, "Somebody else");

    String name = map.get(42);
    System.out.println(name);
  }
} 

8.接口的Generics
//Example 18

interface MinMax<T extends Comparable<T>> { 
  T min(); 
  T max(); 
} 
// Now, implement MinMax 
class MyClass<T extends Comparable<T>> implements MinMax<T> { 
  T[] vals; 
  MyClass(T[] o) { vals = o; } 
  // Return the minimum value in vals. 
  public T min() { 
    T v = vals[0]; 
    for(int i=1; i < vals.length; i++) 
      if(vals[i].compareTo(v) < 0) v = vals[i]; 
    return v; 
  } 
  // Return the maximum value in vals. 
  public T max() { 
    T v = vals[0]; 
    for(int i=1; i < vals.length; i++) 
      if(vals[i].compareTo(v) > 0) v = vals[i]; 
    return v; 
  } 
} 
public class GenIFDemo { 
  public static void main(String args[]) { 
    Integer inums[] = {3, 6, 2, 8, 6 }; 
    Character chs[] = {'b', 'r', 'p', 'w' }; 
    MyClass<Integer> iob = new MyClass<Integer>(inums); 
    MyClass<Character> cob = new MyClass<Character>(chs); 
    System.out.println("Max value in inums: " + iob.max()); 
    System.out.println("Min value in inums: " + iob.min()); 
    System.out.println("Max value in chs: " + cob.max()); 
    System.out.println("Min value in chs: " + cob.min()); 
  } 
}

9.Exception的Generics
//Example 20

interface Executor<E extends Exception> {
    void execute() throws E;
}

public class GenericExceptionTest {
    public static void main(String args[]) {
        try {
            Executor<IOException> e =
                new Executor<IOException>() {
                public void execute() throws IOException
                {
                    // code here that may throw an
                    // IOException or a subtype of
                    // IOException
                }
            };

            e.execute();
        } catch(IOException ioe) {
            System.out.println("IOException: " + ioe);
            ioe.printStackTrace();
        }
    }
}  

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