Java进阶之泛型

泛型 (Generics)

定义

泛型：允许在定义类、接口和方法时使用类型参数，从而在编译时捕获类型错误，提高代码的类型安全性和复用性。

主要用途

类型安全：避免类型转换错误，编译时检查类型安全。
代码复用：通过泛型可以编写通用的类和方法，适用于多种数据类型。
消除强制类型转换：在使用泛型时，编译器会自动进行类型转换，减少代码中的强制类型转换。

泛型的基本语法

标记符

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T 是类型参数，通常使用 T、E、K、V 等字母来表示不同类型。
使用时，必须指定 T 的具体类型，例如：Box<String> box = new Box<>();
E - Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)
T - Type（Java 类）
K - Key（键）
V - Value（值）
N - Number（数值类型）
    
/*注意标记符只是起一个提示作用并不代表你写了E就只能传入集合类型，这些字母其实可以自己定义。
  所有字母的作用都是一样的代表不确定类型*/
 //比如
    public static void main(String[] args) {
        add(1);
        add("2");
        add(new int[]{1, 2, 3});
    }

    public static <A> void add(A a) {
        System.out.println(a);
    }

泛型类

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public class Box<T> {
    private T item;

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

    public T get() {
        return item;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Box<Integer> integerBox = new Box<>();
        integerBox.set(10);
        System.out.println(integerBox.get()); // 输出: 10

        Box<String> stringBox = new Box<>();
        stringBox.set("Hello");
        System.out.println(stringBox.get()); // 输出: Hello
    }
}

泛型接口

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public interface Container<T> {
    void add(T item);
    T get(int index);
}

public class ArrayListContainer<T> implements Container<T> {
    private List<T> list = new ArrayList<>();

    @Override
    public void add(T item) {
        list.add(item);
    }

    @Override
    public T get(int index) {
        return list.get(index);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Container<String> container = new ArrayListContainer<>();
        container.add("Hello");
        container.add("World");
        System.out.println(container.get(0)); // 输出: Hello
        System.out.println(container.get(1)); // 输出: World
    }
}

泛型方法

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public class Util {
    public static <T> void printArray(T[] array) {
        for (T item : array) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] intArray = {1, 2, 3};
        Util.printArray(intArray); // 输出: 1, 2, 3

        String[] stringArray = {"Hello", "World"};
        Util.printArray(stringArray); // 输出: Hello, World
    }
}

泛型的边界

上界（extends）

定义：表示类型参数是某个特定类型的子类型。
用途：用于限制泛型参数的类型范围，确保类型安全。

public class Test {

//限制T的类型必须是继承自Number类型的，所以我们传入的类型只能是Number的子类，

//及java中值类型所对应的引用类型 int->Integer

public static void printList(List list) {

for (Number num : list) {

System.out.println(num);

}

}
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```
public static void main(String[] args) {
    List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
    printList(intList); // 输出: 1, 2, 3

    List<Double> doubleList = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);
    printList(doubleList); // 输出: 1.1, 2.2, 3.3
}
```
}

下界 (super)

定义：表示类型参数是某个特定类型的父类型。
用途：用于限制泛型参数的类型范围，确保类型安全。

错误写法

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  public static <T super Integer> void printList(List<T> list) {
        for (Number num : list) {
            System.out.println(num);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
        printList(intList); // 输出: 1, 2, 3

        List<Double> doubleList = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);
        printList(doubleList); // 输出: 1.1, 2.2, 3.3
    }
/*
在Java中，泛型的类型参数不能使用super关键字来定义下界。正确的语法是使用extends关键字来定义上界，或者在方法参数中使用通配符加上super关键字来定义下界。
我们的代码尝试定义了一个泛型方法addNumbers，该方法接受一个列表参数，列表中的元素类型为T，并且T应该是Integer的超类型（即可以是Integer本身或它的父类）
但是，<T super Integer>这种写法是不正确的。如果你想表达这个意思，应该使用通配符? super Integer来代替。
*/

对于下界（lower bound）的定义，Java 泛型只支持使用通配符 ? super 来表示。具体来说，? super T 表示类型 T 及其所有父类型。

通配符（）

表示未知类型，适用于参数未知的通用集合。

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java复制代码public static void printList(List<?> list) {
    for (Object obj : list) {
        System.out.println(obj);
    }
}

所以下界的正确写法为

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public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> intList = new ArrayList<>();
    addNumbers(intList); // 向intList中添加1, 2, 3

    List<Number> numberList = new ArrayList<>();
    addNumbers(numberList); // 向numberList中添加1, 2, 3

    List<Object> objectList = new ArrayList<>();
    addNumbers(objectList); // 向objectList中添加1, 2, 3
}

上界通配符写法

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   public static void printList(List<? extends Number> list) {
        for (Number num : list) {
            System.out.println(num);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
        printList(intList); // 输出: 1, 2, 3

        List<Double> doubleList = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);
        printList(doubleList); // 输出: 1.1, 2.2, 3.3
    }

5、类型擦除 (Type Erasure)

类型擦除 ：Java 编译器会在编译时将泛型参数擦除为 Object 或其边界类型。

编译后的class文件代码

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 public static <T extends Number> void printList(List<T> list) {
        Iterator var1 = list.iterator();

        while(var1.hasNext()) {
            Number num = (Number)var1.next();//将T类型擦除为Number类型
            System.out.println(num);
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
        printList(intList);
        List<Double> doubleList = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);
        printList(doubleList);
    }

类型擦除的限制：
- 无法创建泛型类型实例（例如 T obj = new T();）。
- 无法使用 instanceof 检测泛型类型。
- 无法定义泛型数组（例如 T[] array = new T[10];）。

6、泛型方法与泛型类的区别

泛型方法：可以定义在任何类中，作用范围为该方法。
泛型类：类型参数定义在类名后，整个类中有效。

7、泛型的常见应用场景

集合框架 ：如 List<T>、Map<K, V> 等，提升了集合的类型安全性。
通用算法：对任意类型数据执行的通用算法，如排序和查找。
实用工具类 ：如 Optional<T> 和 Future<T> 等，用于特定类型的操作。