一文带你搞懂Java中的泛型和通配符

Java
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2023-02-06
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目录
  • 概述
  • 泛型介绍和使用
  • 泛型类
  • 泛型方法
  • 类型变量的限定
  • 通配符使用
  • 无边界通配符
  • 通配符上界
  • 通配符下界

概述

泛型机制在项目中一直都在使用，比如在集合中ArrayList<String, String>, Map<String,String>等，不仅如此，很多源码中都用到了泛型机制，所以深入学习了解泛型相关机制对于源码阅读以及自己代码编写有很大的帮助。但是里面很多的机制和特性一直没有明白，特别是通配符这块，对于通配符上界、下界每次用每次百度，经常忘记，这次我就做一个总结，加深自己的理解。

泛型介绍和使用

泛型在类定义时不会设置类中的属性或方法参数的具体类型，而是在类使用时（创建对象）再进行类型的定义。会在编译期检查类型是否错误, 保证程序的可读性和安全性。

泛型定义根据实际情况可以分为泛型类和泛型方法：

泛型类

public class Point<T, U> {

    private T pointX;

    private U pintY;

    public Point(T pointX, U pintY) {
        this.pointX = pointX;
        this.pintY = pintY;
    }

    public void showPoint() {
        System.out.println(pointX);
        System.out.println(pintY);
    }
}
  • 类中引入类型变量，类型变量指的T, U这些，用尖括号<>括起来， 跟在类名后面。
  • 多个类型变量可以用逗号分隔。
  • 在类中的方法和返回值等地方可以使用类型变量。
  • 类型变量采用大写形式，要求简短，一般E表示集合的元素类型，K和V表示key和value等。
  • 泛型类使用：Point<Integer, Double>

泛型方法

public class FxMethod {

    public static <T> T getMiddleNumber(T ... numbers) {
        return null;
    }

    public <T, U> void showNumber(T t, U u) {
        System.out.println("t = " + t);
        System.out.println("u = " + u);;
    }
}
  • 方法中引入类型变量，在返回类型前添加<>, 中间放置类型变量，多个类型变量用逗号分隔。
  • 在方法的参数和返回值等位置可以使用类型变量。
  • 泛型方法使用：Integer result = FxMethod.getMiddleNumber(2, 3) 或者 Integer result = FxMethod.<Integer>getMiddleNumber(2, 3)。

类型变量的限定

前面讲解了泛型一般定义的两种方式，其中的类型变量没有任何限定， 这样在导致一方面在定义泛型的时候无法使用一些API, 需要强转，另一方面在使用的时候也容易出错，那么如何给类型变量添加限定呢？

  • 只有通过extends关键字限定，不能通过super关键字。
  • 加了限定以后，就可以直接使用限定类相关的API。
  • 多个限定之间用&符号，比如T extends Number & Comparable。
  • 使用泛型时，只能传入相应限定的类，比如传入Point<String, String> 就会报编译错误。

通配符使用

泛型的引入的确解决了很大问题，那它是完美的吗？

class AnimalWrapper<T extends Animal> {
    private T animal;

    AnimalWrapper(T animal) {
        this.animal = animal;
    }

    public void eat() {
       animal.eat();
    }

}

class Animal {
    private String name;

    public void eat() {
        System.out.println("animal eat -----");
    }
}

class Cat extends Animal {

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(" cat eat -----");
    }
}

定义一个AnimalWrapper，泛型变量中限定为Animal，如果是下面的测试类，会怎么样呢？

会编译报错，因为AnimalWrapper并不是AnimalWrapper的子类，不能直接传入。为了解决个问题，我们引入了通配符，通配符一般是在方法中或者泛型类使用中用到。

AnimalWrapper可以作为AnimalWrapper<？extends Animal>的子类型，这就是利用通配符带来的好处。

  • 统配符使用在集合或者方法的参数返回值中。
  • 通配符可以分为无边界通配符、上边界通配符和下边界通配符。

无边界通配符

通配符无边界，可以传入任何类型，没有限制，相当于Object.

基本语法：

<?>

例子：

public static void printList1(List<?> list) {
        for (Object x:list) {
            System.out.println(x);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        printList1(list);  // ok
        List<String> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add("1");
        printList1(list2); // ok

        
        List<?> list3 = list;
        // get只能用Object接受， 
        Object o = list3.get(0);
        list3.add(5);   // compile error
        list3.add(new Object()); // compile error
    }

小结：

  • 无边界通配符相当于Object，任何类型都可以传入，比如 List<Integer> list, List<String> list2 。
  • 由于？无法确定是哪种类型，所以只能使用Object类型的变量接收， 比如例子中的： Object o = list3.get(0);
  • 如果是无边界通配符对应的集合类型，不能添加任何元素。因为无法确定集合存放数据的类型，鬼知道我们要放什么类型才合适啊。

通配符上界

通配符上界，可以限制传入的类型必须是上界这个类或者是这个类的子类。

基本语法：

<? extends 上界> 
<? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类

例子：

public static void printList1(List<? extends Number> list) {
    for (Object x:list) {
        System.out.println(x);
    }
}


public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(1);
    printList1(list);  // ok
    List<Double> list1 = new ArrayList<>();
    list1.add(1.0D);
    printList1(list1);  // ok
    List<String> list2 = new ArrayList<>();
    list2.add("1");
    printList1(list2); // compile error


    List<? extends Number> list3 = list;
    // get能用上界
    Number o = list3.get(0);
    // 不能add
    list3.add(5);   // compile error
    list3.add(new Object()); // compile error

}

小结：

  • 通配符上界? extends A, 表明所有的是A的类或者子类型可以传入，比如本例中的Integer和Double都是Number的子类，String不是。
  • 通配符上界? extends A，确定了类型是A或者是A的子类，那么向集合容器get获取数据，肯定是它的上界类A，因为其他放的类都是A的子类，比如例子中的 Number o = list3.get(0);
  • 如果向通配符上界集合中添加元素时，会失败。 List<? extends A>, 说明容器可以容纳的是A或者A的子类，但A的子类有很多，不确定放哪个，为了安全性，就直接不让你add，比如例子中的list3.add(5); ，5虽然是Number的子类，依然不能add。

通配符下界

通配符下界，可以限制传入的类型必须是这个类或者是这个类的父类。

基本语法：

<? super 下界> 
<? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

例子：

public static void printList1(List<? super Integer> list) {
    for (Object x:list) {
        System.out.println(x);
    }
}


public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(1);
    printList1(list);  // ok
    List<Double> list1 = new ArrayList<>();
    list1.add(1.0D);
    printList1(list1);  // compile error
    List<String> list2 = new ArrayList<>();
    list2.add("1");
    printList1(list2); // compile error


    List<? super Integer> list3 = list;
    // 不能用下界接收
    Integer o = list3.get(0); // compile error
    // 能add
    list3.add(5);   // ok
    list3.add(new Number(5)); // compile error

}
  • 通配符上界? super A, 表明所有的是A的类或者A的父类可以传入。
  • 通配符上界? super A，确定了类型是A或者是A的父类，那么向集合容器get获取数据，无法确定是A还是A的某个父类，所以不能get, Integer o = list3.get(0); // compile error,比如例子中用Integer接收，万一list3中放的是Object类型，就凉凉了。
  • 如果向通配符下界集合中添加元素时，只能添加下届类的子类。比如例子中的：list3.add(5)， list3的通配符是<? super Integer>,说明该集合存放的是Integer或者Integer的父类，我只要向容器中放Integer和它的子类都是成立的。
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