Java的Generic Programming简介

下面是自己学习Java的generic programming后的一点总结，以供大家尽快地对其有一个大概的了解。

文章的思路是：1. 定义；2. 原理；3. 通配符（wildcard types）。

1. 定义

什么是generic programming？在定义class,interface和method的时候，generics可以把class或者是interface当成一个类型参数。参考的是http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/why.html

首先看怎么定义一个generic class，举个代码例子，这样更直观一点。

public class Pair<T>
{
	public Pair() { first = null; second = null; }
	public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; }
	public T getFirst() { return first; }
	public T getSecond() { return second; }
	public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
	public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
	private T first;
	private T second;
	
	public static void main(String[] args){
		Pair<Integer> integerPair = new Pair(0, 1);
		Pair<String> stringPair = new Pair("thinking in java", "java core");
		...
	}
}

然后看下怎么定义generic method，还是看代码。

class ArrayAlg
{
public static  T getMiddle(T[] a)
{
return a[a.length / 2];
}
}

到此，定义类和方法的具体写法就介绍完了，下面也很容易想到对于参数类型“T”有没有什么限制呢？下面就介绍“T”的使用限制范围（Bounds of Type Variable）。

可以定义代码：

public static <T extends Comparable>  Pair minmax(T[] a)...

其中Comparable就是T的bounding type，实际就是T的一个继承关系中的限制条件了。注意，这个概念很重要，在之后介绍generics在虚拟机中怎么运行的时候会提及。

2. 原理

也就是介绍generics在虚拟机中是什么样的。

在虚拟机中，所有的类或者是接口都必须有一个类型，那“T”的类型是什么呢？答案自然不是“T”，而是在定义了generic type之后，虚拟机会自动提供一个raw type。

那什么又是raw type？他不是一个具体的类或者是接口，而是定义generics的所有的T的bounding type的总称，按语法来讲，他不是个名词，而是个代词。

比如最开始的例子，Pair<T>，其的raw type就是Object，而...<T extends Comparable>...的raw type就是Comparable。

在虚拟机中，第一个Pair<T>例子的代码就会变成：

public class Pair
{
public Pair(Object first, Object second)
{
this.first = first;
this.second = second;
}
public Object getFirst() { return first; }
public Object getSecond() { return second; }
public void setFirst(Object newValue) { first = newValue; }
public void setSecond(Object newValue) { second = newValue; }
private Object first;
private Object second;

...
}

那经过转化之后，“T”已经不是原来的那个“T”了，但是为什么Pair<Integer>（当然Pair<String>同理）还是原来的Pair<Integer>呢？

因为编译器会在把值取出来之前再强制转化类型。

即，generics在虚拟机里的过程是：

• 存，存成bounding type类型的
• 取，把bounding type类型的东西再还原回来

这个过程非常重要，很多地方都是拿这个过程解释的，当然，也有一部分冲突是由此引起的。

下面就介绍一个由于此过程引起的冲突以及由此引出的一个概念，bridge method。

看如下代码，注意这段代码是合法的：

class DateInterval extends Pair<Date>
{
public void setSecond(Date second)
{
if (second.compareTo(getFirst()) >= 0)
super.setSecond(second);
}
. . .
}

因为DateInterval是继承Pair<Date>，自然继承了Pair<Date>的setSecond方法，但是由于在虚拟机中Pair<Date>的setSecond方法被存为

public void setSecond(Object second)
{
...
}

即相当于在DateInterval中有两个名字相同，参数不同（但是注意参数有继承关系）的方法，如果要调用setSecond就不知所措了，下图阴影部分为继承Pair<Date>所得，仅为示例之用。


这时候编译器会提供一个bridge method，来解决两个方法冲突的问题。

public void setSecond(Object second) { setSecond((Date) second); }

这样问题就得到解决了，注意，这里是编译器的事儿，与写代码无关。

在原理部分需要注意的几点是

• 实际上是没有generics存在的，也就是上面的“T”
• 所有的type parameters都会换成他们的bounding type
• bridge method会解决冲突的问题
• 在虚拟机里面会执行类型转换以确保安全

3. 通配符（wildcard types）

也就是在使用generics的时候嫌麻烦，可以使得generic type中的type parameter可以在继承关系上使用更灵活点，或者是可以使用type parameter的父类，或者是可以使用其的子类。

比如在方法：

public static void printBuddies(Pair<Employee> p)
{
Employee first = p.getFirst();
Employee second = p.getSecond();
System.out.println(first.getName() + " and " + second.getName() + " are buddies.";
}

其中要想给printBuddies传递一个Pair<Manager>类型的参数是不合法的，于是乎产生了一种新的定义方法：

public static void printBuddies(Pair<? extends Employee> p)

这样，就可以把Pair<Manager>类型的参数传入方法了。同理还可以定义代码：

public static void printBuddies(Pair<? super Manager> p)

这样的意思就变成所有Manager的父类都可以调用此段代码了。

最后也可以就通配符“？”一个，什么继承关系都没有，比如：

public static void printBuddies(Pair<?> p)

具体通配符的用法可以参考http://docs.oracle.com/javase/tutorial/extra/generics/wildcards.html。

没有介绍的太详细，但求大概能对generics有一个整体印象。

参考资料

• http://docs.oracle.com/javase/tutorial/extra/generics/index.html
• Core.Java.Volume.I.Fundamentals,8th.Edition