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Java基础知识（十二）

ops 2025/9/1 7:31:58

一、泛型的核心概念

  • 定义：泛型是 Java 5 引入的特性，允许在定义类、接口、方法时使用类型参数（Type Parameter），在使用时指定具体类型，实现 "参数化类型" 的效果。
  • 本质：通过类型参数化，将类型检查从运行时提前到编译时，减少类型转换，提高代码复用性和安全性。
  • 作用：
    • 避免频繁的类型转换（如 (String) list.get(0)）
    • 编译时检查类型安全性，防止 ClassCastException
    • 编写通用代码，实现 "一次编写，多处使用"

二、泛型的基本语法

1. 泛型类

在类名后使用 <类型参数> 定义，类型参数通常用单个大写字母表示（如 T、E、K、V）。

// 定义泛型类：容器类，可存储任意类型的数据
public class Box<T> {private T content; // 使用类型参数 T 定义成员变量// 使用类型参数 T 作为方法参数和返回值public void setContent(T content) {this.content = content;}public T getContent() {return content;}
}// 使用泛型类：指定具体类型
public class GenericClassDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建存储 String 类型的 BoxBox<String> stringBox = new Box<>();stringBox.setContent("Hello Generics");String str = stringBox.getContent(); // 无需类型转换// 2. 创建存储 Integer 类型的 BoxBox<Integer> intBox = new Box<>();intBox.setContent(100);Integer num = intBox.getContent();}
}

2. 泛型接口

与泛型类类似，在接口名后添加类型参数。

// 定义泛型接口：生成器接口
public interface Generator<T> {T generate(); // 方法返回值为类型参数 T
}// 实现泛型接口：指定具体类型（String）
public class StringGenerator implements Generator<String> {@Overridepublic String generate() {return "Generated string";}
}// 实现泛型接口：保留类型参数（泛型实现类）
public class NumberGenerator<T extends Number> implements Generator<T> {private T number;public NumberGenerator(T number) {this.number = number;}@Overridepublic T generate() {return number;}
}

3. 泛型方法

在方法返回值前声明 <类型参数>，可在普通类或泛型类中定义。

public class GenericMethodDemo {// 泛型方法：打印任意类型的数组public static <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.print(element + " ");}System.out.println();}public static void main(String[] args) {// 调用泛型方法：自动推断类型Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4};printArray(intArray); // 输出：1 2 3 4 String[] strArray = {"A", "B", "C"};printArray(strArray); // 输出：A B C }
}

三、类型通配符与边界

1. 无界通配符（?）

表示任意类型，用于不确定具体类型的场景。

public class WildcardDemo {// 打印任意类型的 Box 内容public static void printBoxContent(Box<?> box) {System.out.println(box.getContent());}public static void main(String[] args) {Box<String> stringBox = new Box<>();stringBox.setContent("Test");printBoxContent(stringBox); // 输出：TestBox<Integer> intBox = new Box<>();intBox.setContent(123);printBoxContent(intBox); // 输出：123}
}

2. 上界通配符（? extends T）

表示类型必须是 T 或 T 的子类（限制上限）。

// 计算数字列表的总和（只能处理 Number 及其子类）
public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {double sum = 0.0;for (Number num : list) {sum += num.doubleValue();}return sum;
}// 使用示例
List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<Double> doubleList = Arrays.asList(1.5, 2.5, 3.5);
System.out.println(sumOfList(intList));    // 输出：6.0
System.out.println(sumOfList(doubleList)); // 输出：7.5

3. 下界通配符（? super T）

表示类型必须是 T 或 T 的父类（限制下限）。

// 向列表添加整数及其父类类型（如 Number、Object）
public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {list.add(1);list.add(2);list.add(3);
}// 使用示例
List<Integer> intList = new ArrayList<>();
List<Number> numList = new ArrayList<>();
List<Object> objList = new ArrayList<>();addIntegers(intList);  // 合法
addIntegers(numList);  // 合法
addIntegers(objList);  // 合法

四、泛型的限制与注意事项

  1. 不能使用基本类型实例化泛型

    Box<int> intBox = new Box<>(); // 错误！不能使用基本类型
Box<Integer> intBox = new Box<>(); // 正确，使用包装类

  2. 泛型类型参数不能用于静态成员

    public class StaticGeneric<T> {private static T value; // 错误！静态成员不能使用泛型参数
}

  3. 不能实例化泛型类型的对象

    public class InstantiateGeneric<T> {public InstantiateGeneric() {T obj = new T(); // 错误！不能直接实例化泛型类型}
}

  4. 泛型数组创建限制

    T[] array = new T[10]; // 错误！不能直接创建泛型数组
T[] array = (T[]) new Object[10]; // 可以通过类型转换实现

  5. 泛型擦除（Type Erasure）

    • 编译后泛型信息会被擦除，替换为其边界类型（无边界则替换为 Object）
    • 运行时无法获取泛型的具体类型信息

    public class ErasureDemo {public static void main(String[] args) {Box<String> stringBox = new Box<>();Box<Integer> intBox = new Box<>();// 泛型擦除后，两者类型相同System.out.println(stringBox.getClass() == intBox.getClass()); // 输出：true}
}

  6. 不能捕获泛型异常

    public class GenericException<T extends Exception> {public void method() {try {// 业务逻辑} catch (T e) { // 错误！不能捕获泛型异常// 处理异常}}
}

五、泛型的典型应用场景

  1. 集合框架：Java 集合大量使用泛型（如 List<T>、Map<K,V>）

    List<String> strList = new ArrayList<>();
strList.add("Java");
String s = strList.get(0); // 无需类型转换

  2. 通用工具类：创建可处理多种类型的工具方法

    // 通用的对象复制工具
public class CopyUtil {public static <T> T copy(T source) {// 实现对象复制逻辑return null;}
}

  3. 自定义容器：实现通用的数据结构（如链表、栈、队列）

    // 泛型链表节点
class Node<T> {T data;Node<T> next;Node(T data) {this.data = data;}
}

  1. 类型参数化
    允许在定义类、接口、方法时使用抽象的类型参数（如 <T>、<K,V>），在使用时再指定具体类型。
    例如：List<String> 中 String 是对泛型参数 T 的具体实例化，使集合只能存储字符串类型。

  2. 编译时类型安全
    编译器会根据泛型参数检查数据类型，避免将错误类型的数据存入容器，将运行时可能发生的 ClassCastException 提前到编译阶段暴露。
    例如：List<Integer> 中添加字符串会直接编译报错，而不是在运行时崩溃。

  3. 减少类型转换
    使用泛型后，从容器中获取元素时无需手动强制类型转换，编译器会自动根据泛型参数推断类型。
    对比：

    • 非泛型：String s = (String) list.get(0);（需强制转换）
    • 泛型：String s = list.get(0);（自动类型匹配）

  4. 代码复用性
    一套泛型代码可适配多种数据类型，无需为每种类型重复编写逻辑。
    例如：ArrayList<T> 可通过指定不同类型参数（ArrayList<Integer>、ArrayList<String>）存储任意数据，而底层实现代码一致。

  5. 支持类型通配与边界
    通过通配符（?）和边界（extends、super）实现灵活的类型限制：

    • 上界通配符 ? extends T：限制类型为 T 或其子类（如 List<? extends Number> 可接收 List<Integer>、List<Double>）。
    • 下界通配符 ? super T：限制类型为 T 或其父类（如 List<? super Integer> 可接收 List<Integer>、List<Number>）。

  6. 泛型擦除（Type Erasure）
    编译后泛型信息会被擦除，替换为其边界类型（无边界则为 Object），因此运行时无法获取泛型的具体类型。
    例如：List<String> 和 List<Integer> 在运行时的类型均为 List。

  7. 泛型独立化
    不同泛型参数的实例被视为同一类型的不同参数化版本，不具备继承关系。
    例如：List<String> 不是 List<Object> 的子类，即使 String 继承 Object。

http://www.xdnf.cn/news/19283.html

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