三十二、泛型

一、泛型的引入

在前面学习集合时，我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。比如下面程序：

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        list.add("abc");
        list.add("sxt");
        list.add(5);//由于集合没有做任何限定，任何类型都可以给其中存放
        Iterator it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
            String str = (String) it.next();
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException
为什么会发生类型转换异常呢？我们来分析下：
由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时，如果出现强转就会引发运行时 ClassCastException。怎么来解决这个问题呢？
使用集合时，必须明确集合中元素的类型。这种方式称为：泛型。

二、泛型的定义与使用

1. 泛型类的定义与使用<E>
定义格式：修饰符 class 类名<代表泛型的变量> { }

• 例如，API中的ArrayList集合：
  class ArrayList<E>{
  public boolean add(E e){ }
  public E get(int index){ }
  }

使用格式：创建对象时，确定泛型的类型

• 例如，ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
  此时，变量E的值就是String类型:
  class ArrayList<String>{
  public boolean add(String e){ }
  public String get(int index){ }
  }
• 例如，ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
  此时，变量E的值就是Integer类型:
  class ArrayList<Integer>{
  public boolean add(Integer e){ }
  public Integer get(int index){ }
  }

2. 泛型方法的定义与使用<T>
定义格式：修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){ }

• 例如，API中的ArrayList集合中的方法：
  public <T> T[] toArray(T[] a){ }
  //该方法，用来把集合元素存储到指定数据类型的数组中，返回已存储集合元素的数组

使用格式：调用方法时，确定泛型的类型

• 例如
  ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
  String[] arr = new String[100];
  String[] result = list.toArray(arr);
  此时，变量T的值就是String类型。变量T，可以与定义集合的泛型不同
  public <String> String[] toArray(String[] a){ }
• 例如
  ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
  Integer[] arr = new Integer[100];
  Integer [] result = list.toArray(arr);
  此时，变量T的值就是Integer类型。变量T，可以与定义集合的泛型不同
  public <Integer> Integer[] toArray(Integer[] a){ }

3. 泛型接口的定义与使用<E>
定义格式：修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> { }

• 例如，API中的Iterator迭代器接口
  public interface Iterator<E> {
  public abstract E next();
  }

使用格式：
1、定义类时确定泛型的类型

• 例如
  public final class Scanner implements Iterator<String> {
  public String next(){ }
  }
  此时，变量E的值就是String类型。

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

• 例如
  Collection<String> list = new ArrayList<String>();
  Iterator<String> it = list.iterator();
  此时，变量E的值就是String类型。
  public interface Iterator<String> {
  public abstract String next();
  }

三、使用泛型的好处

1. 将运行时期的ClassCastException，转移到了编译时期变成了编译失败。
2. 避免了类型强转的麻烦。
   演示下列代码：

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("abc");
        list.add("sxt");
        //list.add(5);//当集合明确类型后，存放类型不一致就会编译报错
        //集合已经明确具体存放的元素类型，那么在使用迭代器的时候，迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
    String str = it.next();
//当使用Iterator<String>控制元素类型后，就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

四、反省通配符<?>

泛型是在限定数据类型，当在集合或者其他地方使用到泛型后，那么这时一旦明确泛型的数据类型，那么在使用的时候只能给其传递和数据类型匹配的类型，否则就会报错。
代码演示：

• 定义迭代集合元素的方法

public static void printCollection(Collection<Person> list) {
    Iterator<Person> it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next());
    }
}

• 调用方法
  Collection<Student> list = new ArrayList<Student>();
  printCollection(list);
  上面调用方法语句属于语法错误，因为泛型限定不一致。方法要的是Collection<Person>类型，传入的是Collection<Student>，二者类型不匹配。

上述定义的printCollection方法中，由于定义的是打印集合的功能，应该是可以打印任意集合中元素的。但定义方法时，根本无法确定具体集合中的元素类型是什么。为了解决这个“无法确定具体集合中的元素类型”问题，java中，为我们提供了泛型的通配符<?>。
对上面的方法，进行修改后，实现了可迭代任意元素类型集合的方法

public static void printCollection(Collection<?> list) {
    Iterator<?> it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next());
    }
}

总结一下：
当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

五、泛型限定

上述打印集合的功能，看似很强大，可以打印任意集合，可是问题也来了。如果想要对被打印的集合中的元素类型进行限制，只在指定的一些类型，进行打印。怎么做呢？
要解决这个问题，我们就要学习泛型的限定。

• 限定泛型的上限：
  格式：<? extends E>

  • ? 代表接收E类型或者E的子类型的元素
    例如，泛型限定为：? extends Person
    则 ? 代表接收Person类型或者Person子类型的元素

• 限定泛型的下限：
  格式：<? super E>

  • ? 代表接收E类型或者E的父类型的元素
    例如，泛型限定为：? extends Student
    则 ? 代表接收Student类型或者Student父类型的元素

实例：修改下面的方法，使该方法可以打印学生和工人的集合

class Student extends Person{ }
class Worker extends Person{ }

public static void printCollection(Collection<?> list) {
    Iterator<?> it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next());
    }
}

分析一下，我们可以找到学生和工人的共性类型Person。那么，泛型的限定可以这样书写：
? extends Person : 接收Person类型或者Person的子类型。修改方法如下：

public static void printCollection(Collection<? extends Person> list) {
    Iterator<? extends Person> it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next());
    }
}