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Java 泛型（Generic）

backend 2025/5/11 6:04:00

Java 泛型（Generic）

一、理论说明

1. 泛型的定义

Java 泛型是 JDK 5.0 引入的一项特性，它提供了一种参数化类型的机制，允许在定义类、接口或方法时使用类型参数。通过泛型，开发者可以编写更加通用、类型安全的代码，减少强制类型转换，提高代码的可读性和可维护性。泛型的本质是类型参数化，即把类型作为参数传递，使得类、接口或方法能够处理多种不同类型的数据，同时保持编译时的类型安全。

2. 泛型与普通类的区别

类型安全性：
- 普通类在处理不同类型的数据时，通常需要进行强制类型转换，这可能会在运行时导致ClassCastException异常。例如，使用普通的ArrayList存储不同类型的元素，在取出元素时需要进行类型转换。
- 泛型类在定义时就指定了具体的类型参数，编译器会在编译时进行类型检查，确保只能存储指定类型的元素，从而避免了运行时的类型转换异常。例如，ArrayList<String>只能存储String类型的元素，在编译时就会对不匹配的类型进行错误提示。
代码复用性：
- 普通类需要为不同的数据类型编写重复的代码，例如，为处理Integer类型和String类型的数据，可能需要编写两个几乎相同的类。
- 泛型类通过类型参数可以处理多种不同类型的数据，实现了代码的复用。例如，ArrayList<E>可以处理任意类型的数据，只需要在使用时指定具体的类型参数。
编程效率：
- 使用普通类时，由于需要进行强制类型转换，代码会变得冗长，并且容易出错。
- 泛型类消除了强制类型转换，使代码更加简洁、清晰，提高了编程效率。

二、常用语法与示例

1. 泛型类

泛型类是在类名后面添加类型参数声明，使用尖括号<>括起来，可以有一个或多个类型参数，多个参数之间用逗号分隔。例如：

public class Box<T> {private T content;public void setContent(T content) {this.content = content;}public T getContent() {return content;}
}

2. 泛型方法

泛型方法是在方法返回类型前添加类型参数声明，使用尖括号<>括起来。泛型方法可以在普通类中定义，也可以在泛型类中定义。例如：

public class GenericMethodExample {public static <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.print(element + " ");}System.out.println();}public static void main(String[] args) {Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};String[] stringArray = {"Hello", "World"};printArray(intArray);printArray(stringArray);}
}

3. 泛型接口

泛型接口的定义与泛型类类似，在接口名后面添加类型参数声明。例如：

public interface Generator<T> {T generate();
}public class StringGenerator implements Generator<String> {@Overridepublic String generate() {return "Generated String";}
}

4. 通配符

通配符?用于表示未知类型，主要有三种形式：

四、面试题

题目:

答案：

五、自我总结

通过对 Java 泛型的学习，我们掌握了一种强大的类型参数化机制。与普通类相比，泛型类在类型安全性、代码复用性和编程效率方面具有明显优势。掌握泛型类、泛型方法、泛型接口和通配符的使用，能够让我们在实际编程中编写更加通用、类型安全的代码。在实际应用场景中，如集合框架、数据处理、设计模式等方面，泛型都能发挥重要作用。合理使用泛型可以避免类型转换异常，提高代码的可读性和可维护性，是 Java 编程中不可或缺的一项重要技术。

无界通配符：<?>，表示未知类型。例如：

public static void printList(List<?> list) {for (Object element : list) {System.out.print(element + " ");}System.out.println();
}

上界通配符：<? extends T>，表示类型必须是T或T的子类。例如：

public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {double sum = 0.0;for (Number n : list) {sum += n.doubleValue();}return sum;
}

下界通配符：<? super T>，表示类型必须是T或T的父类。例如：

public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {list.add(i);}
}

三、应用实例

以下代码展示了泛型的综合应用：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 泛型类：容器
class Container<T> {private List<T> items;public Container() {this.items = new ArrayList<>();}public void addItem(T item) {items.add(item);}public T getItem(int index) {return items.get(index);}public int size() {return items.size();}// 泛型方法：交换容器中两个元素的位置public <E> void swap(int i, int j) {if (i < 0 || i >= size() || j < 0 || j >= size()) {throw new IndexOutOfBoundsException("索引超出范围");}T temp = items.get(i);items.set(i, items.get(j));items.set(j, temp);}// 使用上界通配符的方法：计算容器中所有元素的和（假设元素是Number或其子类）public double sum() {double sum = 0.0;for (T item : items) {if (item instanceof Number) {sum += ((Number) item).doubleValue();}}return sum;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {// 创建一个存储整数的容器Container<Integer> intContainer = new Container<>();intContainer.addItem(10);intContainer.addItem(20);intContainer.addItem(30);System.out.println("交换前的容器元素:");for (int i = 0; i < intContainer.size(); i++) {System.out.print(intContainer.getItem(i) + " ");}System.out.println();// 交换元素位置intContainer.swap(0, 2);System.out.println("交换后的容器元素:");for (int i = 0; i < intContainer.size(); i++) {System.out.print(intContainer.getItem(i) + " ");}System.out.println();// 计算元素的和double sum = intContainer.sum();System.out.println("元素的和: " + sum);// 创建一个存储字符串的容器Container<String> stringContainer = new Container<>();stringContainer.addItem("Hello");stringContainer.addItem("World");System.out.println("字符串容器的元素:");for (int i = 0; i < stringContainer.size(); i++) {System.out.print(stringContainer.getItem(i) + " ");}System.out.println();}
}

代码解释

泛型类定义：Container<T>是一个泛型类，使用类型参数T，内部使用List<T>存储元素，提供了添加元素、获取元素、交换元素位置和计算元素和等方法。
泛型方法实现：swap方法是一个泛型方法，用于交换容器中两个元素的位置，通过类型参数<E>实现了更灵活的类型检查。
通配符使用：sum方法使用了上界通配符<? extends Number>，确保只能处理Number或其子类类型的元素，从而实现了对数值类型元素的求和操作。