泛型在Java集合框架中的应用有哪些?

泛型在Java集合框架中应用非常广泛,是集合框架实现类型安全和代码复用的核心机制。以下是泛型在集合框架中的主要应用场景:

1. 集合类的定义与实例化

所有主要集合类(如ListSetMap等)都定义为泛型类,使用时需指定元素类型,确保集合只能存储特定类型的元素。

示例:

java 复制代码
// 定义存储String类型的List
List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Java");  // 合法
stringList.add(123);     // 编译错误,类型不匹配

// 定义存储Integer类型的Set
Set<Integer> numberSet = new HashSet<>();
numberSet.add(100);      // 合法

// 定义键为String、值为Integer的Map
Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
scoreMap.put("Math", 90); // 合法

2. 迭代器(Iterator)的泛型应用

迭代器通过泛型指定遍历元素的类型,避免了迭代时的强制类型转换。

示例:

java 复制代码
List<String> fruits = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana"));

// 泛型迭代器,直接获取String类型元素
Iterator<String> iterator = fruits.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String fruit = iterator.next(); // 无需类型转换
    System.out.println(fruit);
}

3. 集合工具类(Collections)的泛型方法

java.util.Collections类中的工具方法大多是泛型方法,可适用于各种类型的集合。

示例:

java 复制代码
List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 2));

// 泛型方法:排序(适用于任何可比较的类型)
Collections.sort(numbers);

// 泛型方法:查找元素(返回指定类型的索引)
int index = Collections.binarySearch(numbers, 2);

// 泛型方法:填充集合(使用指定类型的元素)
Collections.fill(numbers, 0);

4. 限定通配符的应用

集合框架中大量使用泛型通配符(? extends T? super T)实现灵活的类型兼容。

示例:

java 复制代码
// 上界限定:只能读取Number及其子类型(Integer、Double等)
public static double sum(List<? extends Number> numbers) {
    double total = 0;
    for (Number n : numbers) {
        total += n.doubleValue();
    }
    return total;
}

// 下界限定:只能添加Integer及其子类型
public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
}

// 调用示例
List<Integer> ints = new ArrayList<>();
List<Double> doubles = new ArrayList<>();
sum(ints);    // 合法
sum(doubles); // 合法

5. 自定义集合相关接口/类

当扩展集合框架或实现自定义集合时,泛型是必不可少的。

示例:实现一个泛型栈接口

java 复制代码
// 自定义泛型栈接口
interface Stack<T> {
    void push(T item);
    T pop();
    boolean isEmpty();
}

// 基于ArrayList实现泛型栈
class ArrayStack<T> implements Stack<T> {
    private List<T> elements = new ArrayList<>();
    
    @Override
    public void push(T item) {
        elements.add(item);
    }
    
    @Override
    public T pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elements.remove(elements.size() - 1);
    }
    
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return elements.isEmpty();
    }
}

泛型在集合框架中的核心价值

  1. 类型安全 :编译期检查元素类型,避免ClassCastException
  2. 代码简洁:无需手动类型转换,编译器自动推断类型。
  3. 通用性:同一套集合框架可适用于所有数据类型,大幅提升复用性。

Java集合框架(如ArrayListHashMap等)之所以能成为Java开发的基础组件,泛型的贡献至关重要。它既保证了类型安全,又不失灵活性,是现代Java编程不可或缺的特性。

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