Java泛型

在 Java 中，泛型（Generics） 是一种允许在定义类、接口或方法时使用类型参数的特性。它的核心目的是增强类型安全性、减少类型转换错误，并提高代码复用性。下面通过关键概念和示例详细解释：

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一、泛型的核心作用

1. 类型安全 ：编译时检查类型错误，避免运行时 ClassCastException
2. 消除强制类型转换：代码更简洁
3. 代码复用：一套逻辑可处理多种数据类型

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二、基本语法

1. 泛型类

// T 是类型参数（可自定义名称）
public class Box<T> {
    private T content;

    public void setContent(T content) {
        this.content = content;
    }

    public T getContent() {
        return content;
    }
}

使用示例：

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setContent("Hello");
String value = stringBox.getContent(); // 无需强制转换

Box<Integer> intBox = new Box<>();
intBox.setContent(100);

2. 泛型方法

public <T> void printArray(T[] array) {
    for (T item : array) {
        System.out.print(item + " ");
    }
}

使用示例：

String[] strs = {"A", "B", "C"};
printArray(strs); // 自动推断 T 为 String

Integer[] ints = {1, 2, 3};
printArray(ints); // T 为 Integer

3. 泛型接口

public interface Repository<T> {
    void save(T entity);
    T findById(int id);
}

实现示例：

public class UserRepository implements Repository<User> {
    @Override
    public void save(User user) { /* ... */ }
    
    @Override
    public User findById(int id) { /* ... */ }
}

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三、类型限定（边界）

1. 上界通配符 <? extends T>

• 接受 T 或其子类型

// 只能读取数据（安全）
public double sum(List<? extends Number> list) {
    double total = 0;
    for (Number num : list) {
        total += num.doubleValue();
    }
    return total;
}

使用：

List<Integer> ints = List.of(1, 2, 3);
sum(ints); // ✅ Integer 是 Number 的子类

2. 下界通配符 <? super T>

• 接受 T 或其父类型

// 可写入数据（安全）
public void addNumbers(List<? super Integer> list) {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        list.add(i);
    }
}

使用：

List<Number> numbers = new ArrayList<>();
addNumbers(numbers); // ✅ Number 是 Integer 的父类

3. 类型参数边界

// 要求 T 必须实现 Comparable 接口
public <T extends Comparable<T>> T max(T a, T b) {
    return a.compareTo(b) > 0 ? a : b;
}

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四、类型擦除（重要机制）

Java 泛型在编译后会被擦除，转换为原始类型：

• 泛型类 Box<T> → 运行时变为 Box（原始类型）
• 类型参数 T → 替换为 Object 或边界类型（如 T extends Number 则替换为 Number）
• 编译器自动插入强制类型转换

示例：

// 编译前
Box<String> box = new Box<>();
String s = box.getContent();

// 编译后（等效代码）
Box box = new Box();
String s = (String) box.getContent(); // 编译器添加的类型转换

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五、使用限制

1. 不能实例化泛型类型

   T obj = new T(); // ❌ 编译错误

2. 不能创建泛型数组

   T[] array = new T[10]; // ❌ 错误

3. 静态成员不能使用类型参数

   private static T staticVar; // ❌ 错误

4. 基本类型不可作为类型参数

   // Box<int> box = new Box<>(); ❌ 错误
   Box<Integer> box = new Box<>(); // ✅ 使用包装类

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六、最佳实践

1. 优先使用泛型方法：当方法独立于类泛化时更灵活

2. 使用 List 而非数组：避免泛型数组问题

3. 合理使用通配符 ：

   • Producer-Extends, Consumer-Super（PECS原则）

4. 避免原生类型 ：

   List list = new ArrayList(); // ❌ 原生类型（有警告）
   List<String> list = new ArrayList<>(); // ✅

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七、完整示例

// 泛型类 + 类型限定
public class Container<T extends Number> {
    private T value;
    
    public Container(T value) {
        this.value = value;
    }
    
    // 泛型方法
    public <U extends Number> boolean isEqual(U other) {
        return this.value.doubleValue() == other.doubleValue();
    }
}

// 使用
Container<Double> container = new Container<>(3.14);
boolean result = container.isEqual(3.14f); // ✅ 比较 Double 和 Float

通过泛型，Java 实现了类型安全的通用编程，显著提升了代码质量和可维护性。