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java泛型

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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。方法的参数的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,,

      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 >

    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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