泛型(1) - 泛型类 , 泛型接口

什么是泛型？为什么需要泛型？

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参列表，普通方法的形参列表中，每个形参的数据类型是确定的，而变量是一个参数。在调用普通方法时需要传入对应形参数据类型的变量（实参），若传入的实参与形参定义的数据类型不匹配，则会报错。

那参数化类型是什么？以方法的定义为例，在方法定义时，将方法签名中的形参的数据类型也设置为参数（也可称之为类型参数），在调用该方法时再从外部传入一个具体的数据类型和变量。

泛型使用场景

在 ArrayList 集合中，可以放入所有类型的对象，假设现在需要一个只存储了 String 类型对象的 ArrayList 集合。

@ Test
public void test() {
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add("aaa");
    list.add("bbb");
    list.add("ccc");
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println((String)list.get(i));
    }
}

上面代码没有任何问题，在遍历 ArrayList 集合时，只需将 Object 对象进行向下转型成 String 类型即可得到 String 类型对象。

但如果在添加 String 对象时，不小心添加了一个 Integer 对象，会发生什么？看下面代码：

@ Test
public void test() {
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add("aaa");
    list.add("bbb");
    list.add("ccc");
    list.add(111);
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println((String)list.get(i));
    }
} // 报错 ....

上述代码在编译时没有报错，但在运行时却抛出了一个 ClassCastException 异常，其原因是 Integer 对象不能强转为 String 类型。

那如何可以避免上述异常的出现？即我们希望当我们向集合中添加了不符合类型要求的对象时，编译器能直接给我们报错，而不是在程序运行后才产生异常。这个时候便可以使用泛型了。

@ Test
public void test() {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("aaa");
    list.add("bbb");
    list.add("ccc");
    list.add(111);// 在编译阶段(敲代码时就会出现红线)，程序无需跑起来,编译器会报错
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println((String)list.get(i));
    }
}

< String > 是一个泛型，其限制了 ArrayList 集合中存放对象的数据类型只能是 String，当添加一个非 String 对象时，编译器会直接报错。这样，我们便解决了上面产生的 ClassCastException 异常的问题（这样体现了泛型的类型安全检测机制）。

泛型概述小结

与使用 Object 对象代替一切引用数据类型对象这样简单粗暴方式相比，泛型使得数据类型的类别可以像参数一样由外部传递进来。它提供了一种扩展能力，更符合面向对象开发的软件编程宗旨。
当具体的数据类型确定后，泛型又提供了一种类型安全检测机制，只有数据类型相匹配的变量才能正常的赋值，否则编译器就不通过。所以说，泛型一定程度上提高了软件的安全性，防止出现低级的失误。
泛型提高了程序代码的可读性。在定义泛型阶段（类、接口、方法）或者对象实例化阶段，由于 < 类型参数 > 需要在代码中显式地编写，所以程序员能够快速猜测出代码所要操作的数据类型，提高了代码可读性。

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口、泛型方法，下面将正式介绍泛型的相关知识。

泛型类

类型参数用于类的定义中，则该类被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类，如：List、Set、Map等。

基本语法如下:

class 类名称 <泛型标识> {
  private 泛型标识 /*（成员变量类型）*/ 变量名; 
  .....

  }
}

尖括号 <> 中的泛型标识被称作是类型参数，用于指代任何数据类型。

泛型标识是任意设置的（如果你想可以设置为 Hello都行），Java 常见的泛型标识以及其代表含义如下：
T ：代表一般的任何类。
E ：代表 Element 元素的意思，或者 Exception 异常的意思。
K ：代表 Key 的意思。
V ：代表 Value 的意思，通常与 K 一起配合使用。
S ：代表 Subtype 的意思，文章后面部分会讲解示意。

举例如下:

public class Generic<T> { 
    // key 这个成员变量的数据类型为 T, T 的类型由外部传入  
    private T key;

	// 泛型构造方法形参 key 的类型也为 T，T 的类型由外部传入
    public Generic(T key) { 
        this.key = key;
    }
    
	// 泛型方法 getKey 的返回值类型为 T，T 的类型由外部指定
    public T getKey(){ 
        return key;
    }
}

一般来讲,在泛型类中,静态方法和静态变量不可以使用泛型类所声明的类型参数

public class Test<T> {    
    public static T one;   // 编译错误    
    public static T show(T one){ // 编译错误    
        return null;    
    }    
}  

/*
	由此可见, 在泛型类中只有三处位置可以定义参数
	1. 非静态的成员属性类型
	2. 非静态方法的形参类型（包括非静态成员方法和构造器）
	3. 非静态的成员方法的返回值类型
*/

// 泛型类还可以接受多个参数
public class MultiType <E,T> {
	E value1;
	T value2;
	
	public E getValue1(){
		return value1;
	}
	
	public T getValue2(){
		return value2;
	}
}

泛型类的使用

在创建泛型类的对象时，必须指定类型参数 T 的具体数据类型，即尖括号 <> 中传入的什么数据类型，T 便会被替换成对应的类型。如果 <> 中什么都不传入，则默认是 < Object >。

// 这里我定义一个 Generic 泛型类
public class Generic<T> { 
 
    private T key;

    public Generic(T key) { 
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){ 
        return key;
    }
}

// 使用 该泛型类
@ Test
public void test() {
	Generic<String> generic = new Generic<>();// 传入 String 类型
	
	// <> 中什么都不传入，等价于 Generic<Object> generic = new Generic<>();
	Generic generic = new Generic();
}

在传入String后的原泛型类的拓展:

public class Generic { 
 
    private String key;

    public Generic(String key) { 
        this.key = key;
    }

    public String getKey() { 
        return key;
    }
}

可以发现，泛型类中的类型参数 T 被 <> 中的 String 类型全部替换了。

使用泛型的上述特性便可以在集合中限制添加对象的数据类型，若集合中添加的对象与指定的泛型数据类型不一致，则编译器会直接报错，这也是泛型的类型安全检测机制的实现原理。

泛型接口

泛型接口和泛型类的定义差不多，基本语法如下：

public interface 接口名<类型参数> {
    ...
}

// 举例如下:
public interface Inter<T> {
    public abstract void show(T t) ;
}

重要！泛型接口中的类型参数，在该接口被继承或者被实现时确定。解释如下：

1. 定义一个泛型接口

interface IUsb<U, R> {

    int n = 10;
    U name;// 报错！ 接口中的属性默认是静态的，因此不能使用类型参数声明

    R get(U u);// 普通方法中，可以使用类型参数

    void hi(R r);// 抽象方法中，可以使用类型参数

    // 在jdk8 中，可以在接口中使用默认方法, 默认方法可以使用泛型接口的类型参数
    default R method(U u) {
        return null;
    }
}

// 注意：在泛型接口中，静态成员也不能使用泛型接口定义的类型参数。

2. 定义一个接口 IA 继承了泛型接口 IUsb，在接口 IA 定义时必须确定泛型接口 IUsb 中的类型参数。

// 在继承泛型接口时，必须确定泛型接口的类型参数
interface IA extends IUsb<String, Double> {
	...
}

// 当去实现 IA 接口时，因为 IA 在继承 IUsu 接口时，指定了类型参数 U 为 String，R 为 Double
// 所以在实现 IUsb 接口的方法时，使用 String 替换 U,用 Double 替换 R
class AA implements IA {
    @Override
    public Double get(String s) {
        return null;
    }
    @Override
    public void hi(Double d) {
		...
    }
}

3. 定义一个类 BB 实现了泛型接口 IUsb，在类 BB 定义时需要确定泛型接口 IUsb 中的类型参数。

// 实现接口时，需要指定泛型接口的类型参数
// 给 U 指定 Integer， 给 R 指定了 Float
// 所以，当我们实现 IUsb 方法时，会使用 Integer 替换 U, 使用 Float 替换 R
class BB implements IUsb<Integer, Float> {
    @Override
    public Float get(Integer integer) {
        return null;
    }
    @Override
    public void hi(Float afloat) {
		...
    }
}

4. 定义一个类 CC 实现了泛型接口 IUsb 时，若是没有确定泛型接口 IUsb 中的类型参数，则默认为 Object。

// 实现泛型接口时没有确定类型参数，则默认为 Object
// 建议直接写成 IUsb<Object, Object>
class CC implements IUsb {//等价 class CC implements IUsb<Object, Object> 
    @Override
    public Object get(Object o) {
        return null;
    }
    @Override
    public void hi(Object o) {
    	...
    }
}

5. 定义一个类 DD 实现了泛型接口 IUsb 时，若是没有确定泛型接口 IUsb 中的类型参数，也可以将 DD 类也定义为泛型类，其声明的类型参数必须要和接口 IUsb 中的类型参数相同。

// DD 类定义为 泛型类，则不需要确定 接口的类型参数
// 但 DD 类定义的类型参数要和接口中类型参数的一致
class DD<U, R> implements IUsb<U, R> { 
	...
}