124. Java 泛型 - 有界类型参数

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124. Java 泛型 - 有界类型参数

1. 什么是有界类型参数?

有时候,可能希望限制泛型类型的参数,只允许某些特定类型或其子类作为类型参数。这时,有界类型参数非常有用。通过有界类型参数,可以指定类型参数的上限,限制它们只能是某个类或接口的子类或实现类。

例如,如果有一个方法专门用于处理数字类型,可能希望仅接受 Number 类或其子类的实例,而不接受任何非数字类型。通过有界类型参数,可以实现这一点。

2. 如何声明有界类型参数?

要声明有界类型参数,可以使用 extends 关键字来指定上限。请注意,这里的 extends 并不意味着继承,而是表示"扩展"或"实现"。例如,<T extends Number> 表示类型 T 只能是 Number 或其子类。

示例:有界类型参数

java 复制代码
public class Box<T> {

    private T t;

    public void set(T t) {
        this.t = t;
    }

    public T get() {
        return t;
    }

    // 泛型方法,U 的类型必须是 Number 或其子类
    public <U extends Number> void inspect(U u) {
        System.out.println("T: " + t.getClass().getName());
        System.out.println("U: " + u.getClass().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Box<Integer> integerBox = new Box<>();
        integerBox.set(10);
        // 尝试传入非数字类型,编译失败
        integerBox.inspect("some text"); // error: String 不是 Number 类型的子类
    }
}

代码解析:

  • Box 类中,T 是一个泛型类型参数,它表示可以存储任何类型的对象。
  • inspect 方法接受类型参数 U,并通过 extends Number 限制了 U 必须是 Number 或其子类(如 IntegerDouble 等)。
  • 当尝试传递一个非数字类型(如 String)时,编译会报错,说明类型参数 U 必须符合有界类型的限制。

错误信息:

java 复制代码
Box.java:21: <U>inspect(U) in Box<java.lang.Integer> cannot
  be applied to (java.lang.String)
                        integerBox.inspect("10");
                                  ^  // 错误提示:String 不能传递给 Number 类型
1 error

这个错误是由于 inspect 方法要求 U 必须是 Number 或其子类,String 显然不符合这一要求。

3. 使用有界类型参数的实际应用

有界类型参数不仅限于限制实例化类型的范围,还可以在方法中调用边界类型(如 Number)中定义的方法。这使得您可以在使用泛型时,仍然能够调用一些特定类型的方法。

示例:使用 Number 的有界类型参数

java 复制代码
public class NaturalNumber<T extends Integer> {

    private T n;

    public NaturalNumber(T n) {
        this.n = n;
    }

    public boolean isEven() {
        return n.intValue() % 2 == 0;
    }

    // ...
}

代码解析:

  • NaturalNumber 类的类型参数 T 必须是 Integer 或其子类的实例。
  • isEven 方法调用 n.intValue() 来判断 n 是否为偶数,intValue()Integer 类中定义的方法。

使用示例:

java 复制代码
NaturalNumber<Integer> number = new NaturalNumber<>(10);
System.out.println(number.isEven());  // 输出:true

在这个例子中,T 被限制为 Integer 类型,因此 isEven 方法可以安全地调用 n.intValue()

4. 多个边界

有界类型参数不仅可以有一个边界,还可以指定多个边界。在这种情况下,类型参数必须是所有边界类型的子类或实现类。如果其中一个边界是类,则必须首先指定它。例如:

示例:多个边界的类型参数

java 复制代码
class A { /* ... */ }

interface B { /* ... */ }

interface C { /* ... */ }

class D<T extends A & B & C> {
    // T 必须是类 A 的子类,同时实现接口 B 和 C
}

代码解析:

  • D 类的类型参数 T 必须是类 A 的子类,并且必须实现接口 BC
  • & 运算符用于连接多个边界,表示 T 必须符合所有边界类型的要求。

错误示例:

java 复制代码
class D<T extends B & A & C> { /* ... */ }  // 编译错误

如果未按照顺序指定边界,您会遇到编译错误。因为类 A 必须首先列出,而不能在后面。

5. 总结

  • 有界类型参数 允许您限制泛型类型的范围,只允许某个类型或其子类型作为类型参数。
  • 使用 extends 关键字,您可以为泛型类型参数设置一个上限,例如 <T extends Number>
  • 多个边界 允许类型参数同时继承多个类或实现多个接口。使用 & 运算符连接多个边界。
  • 实际应用:通过有界类型参数,您可以在泛型方法中调用边界类型的方法,同时确保类型安全。

通过了解和应用有界类型参数,您可以更加精确地控制泛型类型的行为,确保代码的类型安全和灵活性。

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