Java泛型該怎么掌握

這篇文章主要介紹“Java泛型該怎么掌握”的相關(guān)知識(shí)，小編通過實(shí)際案例向大家展示操作過程，操作方法簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)，希望這篇“Java泛型該怎么掌握”文章能幫助大家解決問題。

數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和錯(cuò)誤

為理解泛型類型為何如此有用，我們要將注意力轉(zhuǎn)向 Java 語言中最容易引發(fā)錯(cuò)誤的因素之一 － 需要不斷地將表達(dá)式向下類型轉(zhuǎn)換（downcast）為比其靜態(tài)類型更為具體的數(shù)據(jù)類型。

程序中的每個(gè)向下類型轉(zhuǎn)換對(duì)于 ClassCastException 而言都是潛在的危險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)盡量避免它們。但是在 Java 語言中它們通常是無法避免的，即便在設(shè)計(jì)優(yōu)良的程序中也是如此。

在 Java 語言中進(jìn)行向下類型轉(zhuǎn)換最常見的原因在于，經(jīng)常以專用的方式來使用類，這限制了方法調(diào)用所返回的參數(shù)可能的運(yùn)行時(shí)類型。例如，假定往 Hashtable 中添加元素并從中檢索元素。那么在給定的程序中，被用作鍵的元素類型和存儲(chǔ)在散列表中的值類型，將不能是任意對(duì)象。通常，所有的鍵都是某一特定類型的實(shí)例。同樣地，存儲(chǔ)的值將共同具有比 Object 更具體的公共類型。

但是在目前現(xiàn)有的 Java 語言版本中，不可能將散列表的特定鍵和元素聲明為比 Object 更具體的類型。在散列表上執(zhí)行插入和檢索操作的類型特征符告訴我們只能插入和刪除任意對(duì)象。例如， put 和 get 操作的說明如下所示：

清單 1. 插入／檢索類型說明表明只能是任意對(duì)象

class Hashtable {
  Object put(Object key, Object value) {...}
  Object get(Object key) {...}
  ...
}

因此，當(dāng)我們從類 Hashtable 的實(shí)例檢索元素時(shí)，比如，即使我們知道在 Hashtable 中只放了 String ，而類型系統(tǒng)也只知道所檢索的值是 Object 類型。在對(duì)檢索到的值進(jìn)行任何特定于 String 的操作之前，必須將它強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 String ，即使是將檢索到的元素添加到同一代碼塊中，也是如此！

清單 2. 將檢索到的值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成 String

import java.util.Hashtable;
class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Hashtable h = new Hashtable();
    h.put(new Integer(0), "value");
    String s = (String)h.get(new Integer(0));
    System.out.println(s);
  }
}

請(qǐng)注意 main 方法主體部分的第三行中需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。因?yàn)?Java 類型系統(tǒng)相當(dāng)薄弱，因此代碼會(huì)因象上面那樣的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換而漏洞百出。這些數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換不僅使 Java 代碼變得更加拖沓冗長，而且它們還降低了靜態(tài)類型檢查的價(jià)值（因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換都是一個(gè)選擇忽略靜態(tài)類型檢查的偽指令）。我們?cè)撊绾螖U(kuò)展該類型系統(tǒng)，從而不必回避它呢？

用泛型類型來解決問題！

要消除如上所述的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，有一種普遍的方法，就是用 泛型類型來增大 Java 類型系統(tǒng)。可以將泛型類型看作是類型“函數(shù)”；它們通過類型變量進(jìn)行參數(shù)化，這些類型變量可以根據(jù)上下文用各種類型參數(shù)進(jìn)行 實(shí)例化。

例如，與簡(jiǎn)單地定義類 Hashtable 不同，我們可以定義泛型類 Hashtable ，其中 Key 和 Value 是類型參數(shù)。除了類名后跟著尖括號(hào)括起來的一系列類型參數(shù)聲明之外，在 Tiger 中定義這樣的泛型類的語法和用于定義普通類的語法很相似。例如，可以按照如下所示的那樣定義自己的泛型 Hashtable 類：

清單 3. 定義泛型 Hashtable 類

class Hashtable{ ... }

然后可以引用這些類型參數(shù)，就像我們?cè)陬惗x主體內(nèi)引用普通類型那樣，如下所示：

清單 4. 像引用普通類型那樣引用類型參數(shù)

class Hashtable{
  ...
  Value put(Key k, Value v) {...}
  Value get(Key k) {...}
}

類型參數(shù)的作用域就是相應(yīng)類定義的主體部分（除了靜態(tài)成員之外）（在下一篇文章中，我們將討論為何 Tiger 實(shí)現(xiàn)中有這樣的“怪習(xí)”，即必須對(duì)靜態(tài)成員進(jìn)行此項(xiàng)限制。請(qǐng)留意?。?。

創(chuàng)建一個(gè)新的 Hashtable 實(shí)例時(shí)，必須傳遞類型參數(shù)以指定 Key 和 Value 的類型。傳遞類型參數(shù)的方式取決于我們打算如何使用 Hashtable 。在上面的示例中，我們真正想要做的是創(chuàng)建 Hashtable 實(shí)例，它只將 Integer 映射為 String ?？梢杂眯碌?Hashtable 類來完成這件事：

清單 5. 創(chuàng)建將 Integer 映射為 String 的實(shí)例

import java.util.Hashtable;
class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Hashtableh = new Hashtable();
    h.put(new Integer(0), "value");
    ...
  }
}

現(xiàn)在不再需要數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換了。請(qǐng)注意用來實(shí)例化泛型類 Hashtable 的語法。就像泛型類的類型參數(shù)用尖括號(hào)括起來那樣，泛型類型應(yīng)用程序的參數(shù)也是用尖括號(hào)括起來的。

清單 6. 除去不必要的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

...
String s = h.get("key");
System.out.println(s);

當(dāng)然，程序員若只是為了能使用泛型類型而必須重新定義所有的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用程序類（比如 Hashtable 和 List ）的話，則可能會(huì)是一項(xiàng)浩大的工程。幸好，Tiger 為用戶提供了所有 Java 集合類的泛型版本，因此我們不必自己動(dòng)手來重新定義它們了。此外，這些類能與舊代碼和新的泛型代碼一起無縫工作（下個(gè)月，我們會(huì)說明如何做到這一點(diǎn)）。

Tiger 的基本類型限制

Tiger 中類型變量的限制之一就是，它們必須用引用類型進(jìn)行實(shí)例化 － 基本類型不起作用。因此，在上面這個(gè)示例中，無法完成創(chuàng)建從 int 映射到 String 的 Hashtable 。

這很遺憾，因?yàn)檫@意味著只要您想把基本類型用作泛型類型的參數(shù)，您就必須把它們組裝為對(duì)象。另一方面，當(dāng)前的這種情況是最糟的；您不能將 int 作為鍵傳遞給 Hashtable ，因?yàn)樗械逆I都必須是 Object 類型。

我們真正想看到的是，基本類型可以自動(dòng)進(jìn)行包裝（boxing）和解包裝（unboxing），類似于用 C# 所進(jìn)行的操作（或者比后者更好）。遺憾的是，Tiger 不打算包括基本類型的自動(dòng)包裝（但是人們可以一直期待 Java 1.6 中出現(xiàn)該功能?。?/p>

受限泛型

有時(shí)我們想限制可能出現(xiàn)的泛型類的類型實(shí)例化。在上面這個(gè)示例中，類 Hashtable 的類型參數(shù)可以用我們想用的任何類型參數(shù)進(jìn)行實(shí)例化，但是對(duì)于其它某些類，我們或許想將可能的類型參數(shù)集限定為給定類型 范圍內(nèi)的子類型。

例如，我們可能想定義泛型 ScrollPane 類，它引用普通的帶有滾動(dòng)條功能的 Pane 。被包含的 Pane 的運(yùn)行時(shí)類型通常會(huì)是類 Pane 的子類型，但是靜態(tài)類型就只是 Pane 。

有時(shí)我們想用 getter 檢索被包含的 Pane ，但是希望 getter 的返回類型盡可能具體些。我們可能想將類型參數(shù) MyPane 添加到 ScrollPane 中，該類型參數(shù)可以用 Pane 的任何子類進(jìn)行實(shí)例化。然后可以用這種形式的子句： extends Bound 來說明 MyPane 的聲明，從而來設(shè)定 MyPane 的范圍：

清單 7. 用 extends 子句來說明 MyPane 聲明

class ScrollPane{ ... }

當(dāng)然，我們可以完全不使用顯式的范圍，只要能確保沒有用不適當(dāng)?shù)念愋蛠韺?shí)例化類型參數(shù)。

為什么要自找麻煩在類型參數(shù)上設(shè)定范圍呢？這里有兩個(gè)原因。首先，范圍使我們?cè)黾恿遂o態(tài)類型檢查功能。有了靜態(tài)類型檢查，就能保證泛型類型的每次實(shí)例化都符合所設(shè)定的范圍。

其次，因?yàn)槲覀冎李愋蛥?shù)的每次實(shí)例化都是這個(gè)范圍之內(nèi)的子類，所以可以放心地調(diào)用類型參數(shù)實(shí)例出現(xiàn)在這個(gè)范圍之內(nèi)的任何方法。如果沒有對(duì)參數(shù)設(shè)定顯式的范圍，那么缺省情況下范圍是 Object ，這意味著我們不能調(diào)用范圍實(shí)例在 Object 中未曾出現(xiàn)的任何方法。

多態(tài)方法

除了用類型參數(shù)對(duì)類進(jìn)行參數(shù)化之外，用類型參數(shù)對(duì)方法進(jìn)行參數(shù)化往往也同樣很有用。泛型 Java 編程用語中，用類型進(jìn)行參數(shù)化的方法被稱為 多態(tài)方法（Polymorphic method）。

多態(tài)方法之所以有用，是因?yàn)橛袝r(shí)候，在一些我們想執(zhí)行的操作中，參數(shù)與返回值之間的類型相關(guān)性原本就是泛型的，但是這個(gè)泛型性質(zhì)不依賴于任何類級(jí)的類型信息，而且對(duì)于各個(gè)方法調(diào)用都不相同。

例如，假定想將 factory 方法添加到 List 類中。這個(gè)靜態(tài)方法只帶一個(gè)參數(shù)，也將是 List 唯一的元素（直到添加了其它元素）。因?yàn)槲覀兿Ｍ?List 成為其所包含的元素類型的泛型，所以希望靜態(tài) factory 方法帶有類型變量 T 這一參數(shù)并返回 List 的實(shí)例。

但是我們確實(shí)希望該類型變量 T 能在方法級(jí)別上進(jìn)行聲明，因?yàn)樗鼤?huì)隨每次單獨(dú)的方法調(diào)用而發(fā)生改變（而且，正如我在下一篇文章中將討論的那樣，Tiger 設(shè)計(jì)的“怪習(xí)”規(guī)定靜態(tài)成員不在類級(jí)類型參數(shù)的范疇之內(nèi)）。Tiger 讓我們通過將類型參數(shù)作為方法聲明的前綴，從而在單獨(dú)的方法級(jí)別上聲明類型參數(shù)。例如，可以按照如下所示的那樣為 factory 方法 make 添加前綴：

清單 8. 將類型參數(shù)作為前綴添加到方法聲明

class Utilities {public static Listmake(T first) {
     return new List(first);
   }
}

除了多態(tài)方法中所增加的靈活性之外，Tiger 中還增加了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。Tiger 使用類型推斷機(jī)制，根據(jù)參數(shù)類型來自動(dòng)推斷出多態(tài)方法的類型。這可以大大減少方法調(diào)用的繁瑣和復(fù)雜性。例如，如果想調(diào)用 make 方法來構(gòu)造包含 new Integer(0) 的 List 新實(shí)例，那么只需編寫：

清單 9. 強(qiáng)制 make 構(gòu)造新實(shí)例

Utilities.make(Integer(0))

然后會(huì)自動(dòng)地從方法參數(shù)中推斷出類型參數(shù)的實(shí)例化。

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