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什么是泛型

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在讲解什么是泛型之前,我们先观察Java标准库提供的ArrayList,它可以看作“可变长度”的数组,因为用起来比数组更方便。

实际上ArrayList内部就是一个Object[]数组,配合存储一个当前分配的长度,就可以充当“可变数组”:

public class ArrayList {
    private Object[] array;
    private int size;
    public void add(Object e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public Object get(int index) {...}
}

如果用上述ArrayList存储String类型,会有这么几个缺点:

  • 需要强制转型;

  • 不方便,易出错。

例如,代码必须这么写:

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
// 获取到Object,必须强制转型为String:
String first = (String) list.get(0);

很容易出现ClassCastException,因为容易“误转型”:

list.add(new Integer(123));
// ERROR: ClassCastException:
String second = (String) list.get(1);

要解决上述问题,我们可以为String单独编写一种ArrayList

public class StringArrayList {
    private String[] array;
    private int size;
    public void add(String e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public String get(int index) {...}
}

这样一来,存入的必须是String,取出的也一定是String,不需要强制转型,因为编译器会强制检查放入的类型:

StringArrayList list = new StringArrayList();
list.add("Hello");
String first = list.get(0);
// 编译错误: 不允许放入非String类型:
list.add(new Integer(123));

问题暂时解决。

然而,新的问题是,如果要存储Integer,还需要为Integer单独编写一种ArrayList

public class IntegerArrayList {
    private Integer[] array;
    private int size;
    public void add(Integer e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public Integer get(int index) {...}
}

实际上,还需要为其他所有class单独编写一种ArrayList

  • LongArrayList
  • DoubleArrayList
  • PersonArrayList
  • ...

这是不可能的,JDK的class就有上千个,而且它还不知道其他人编写的class。

为了解决新的问题,我们必须把ArrayList变成一种模板:ArrayList<T>,代码如下:

public class ArrayList<T> {
    private T[] array;
    private int size;
    public void add(T e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public T get(int index) {...}
}

T可以是任何class。这样一来,我们就实现了:编写一次模版,可以创建任意类型的ArrayList

// 创建可以存储String的ArrayList:
ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();
// 创建可以存储Float的ArrayList:
ArrayList<Float> floatList = new ArrayList<Float>();
// 创建可以存储Person的ArrayList:
ArrayList<Person> personList = new ArrayList<Person>();

因此,泛型就是定义一种模板,例如ArrayList<T>,然后在代码中为用到的类创建对应的ArrayList<类型>

ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();

由编译器针对类型作检查:

strList.add("hello"); // OK
String s = strList.get(0); // OK
strList.add(new Integer(123)); // compile error!
Integer n = strList.get(0); // compile error!

这样一来,既实现了编写一次,万能匹配,又通过编译器保证了类型安全:这就是泛型。

向上转型

在Java标准库中的ArrayList<T>实现了List<T>接口,它可以向上转型为List<T>

public class ArrayList<T> implements List<T> {
    ...
}

List<String> list = new ArrayList<String>();

即类型ArrayList<T>可以向上转型为List<T>

特别注意:不能把ArrayList<Integer>向上转型为ArrayList<Number>List<Number>

这是为什么呢?假设ArrayList<Integer>可以向上转型为ArrayList<Number>,观察一下代码:

// 创建ArrayList<Integer>类型:
ArrayList<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
// 添加一个Integer:
integerList.add(new Integer(123));
// “向上转型”为ArrayList<Number>:
ArrayList<Number> numberList = integerList;
// 添加一个Float,因为Float也是Number:
numberList.add(new Float(12.34));
// 从ArrayList<Integer>获取索引为1的元素(即添加的Float):
Integer n = integerList.get(1); // ClassCastException!

我们把一个ArrayList<Integer>转型为ArrayList<Number>类型后,这个ArrayList<Number>就可以接受Float类型,因为FloatNumber的子类。但是,ArrayList<Number>实际上和ArrayList<Integer>是同一个对象,也就是ArrayList<Integer>类型,它不可能接受Float类型, 所以在获取Integer的时候将产生ClassCastException

实际上,编译器为了避免这种错误,根本就不允许把ArrayList<Integer>转型为ArrayList<Number>

ArrayList<Integer>和ArrayList<Number>两者完全没有继承关系。

小结

泛型就是编写模板代码来适应任意类型;

泛型的好处是使用时不必对类型进行强制转换,它通过编译器对类型进行检查;

注意泛型的继承关系:可以把ArrayList<Integer>向上转型为List<Integer>T不能变!),但不能把ArrayList<Integer>向上转型为ArrayList<Number>T不能变成父类)。


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