JavaSE核心知识点02面向对象编程02-06（泛型）

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📃文章前言

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JavaSE核心知识点02面向对象编程02-06（泛型）

泛型（Generics）是 Java 中非常重要的特性，它让代码更安全、更灵活。下面用通俗易懂的方式为你讲解，包含代码示例和核心概念。

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一、为什么需要泛型？

问题：假设你要写一个可以存放任何类型数据的容器（比如一个盒子）。没有泛型时，代码可能这样写：

class Box {private Object data;  // 用 Object 存储任意类型public void setData(Object data) {this.data = data;}public Object getData() {return data;}
}

缺陷：

• 取出数据时需要强制类型转换，容易出错。
• 无法限制放入的类型，可能混入不同类型的数据。

泛型的解决方案：让容器在定义时声明它能存储的数据类型。

Box<String> box = new Box<>();  // 只能存 String
box.setData("Hello");           // 正确
// box.setData(123);            // 编译报错！
String data = box.getData();    // 无需强制转换

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二、泛型的基本语法

1. 定义泛型类/接口

在类名后加<T>，T是类型参数（可以是任意标识符，如E, K, V等）。

class Box<T> {  // T 表示“某种类型”private T data;public void setData(T data) {this.data = data;}public T getData() {return data;}
}

2. 使用泛型类

创建对象时指定具体类型：

Box<String> stringBox = new Box<>();  // 存储 String
Box<Integer> intBox = new Box<>();    // 存储 Integer

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三、泛型方法

即使类不是泛型，方法也可以独立声明泛型：

public class Utils {// 泛型方法：在返回类型前加 <T>public static <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.println(element);}}
}// 使用
Integer[] intArray = {1, 2, 3};
Utils.printArray(intArray);  // 自动推断类型为 Integer

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四、泛型通配符 ?

用于处理未知类型，常见于方法参数或集合操作。

1. 无界通配符 <?>

表示接受任何类型：

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

2. 上界通配符 <? extends T>

表示类型是T或其子类：

// 只能读取元素（因为元素是 Animal 或其子类）
public static void processAnimals(List<? extends Animal> animals) {for (Animal animal : animals) {animal.eat();}
}

3. 下界通配符 <? super T>

表示类型是T或其父类：

// 可以写入元素（因为容器是 T 的父类）
public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {list.add(123);  // 允许添加 Integer
}

PECS 原则（Producer Extends, Consumer Super）

• 生产者（Producer）：使用<? extends T>，只能读取。
• 消费者（Consumer）：使用<? super T>，只能写入。

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五、类型擦除（Type Erasure）

Java 泛型在编译后会被擦除为原始类型（如Object），这是为了兼容旧版本 Java。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();
// 编译后实际是：List list = new ArrayList();

影响：

• 运行时无法获取泛型的具体类型（如T的实际类型）。
• 不能创建泛型数组（如new T[]）。
• 泛型类型不能是基本类型（如List<int>错误，要用List<Integer>）。

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六、泛型的限制与注意事项

1. 不能实例化类型参数：

   // 错误！new T() 是非法的
   T data = new T();
   

2. 静态成员不能使用泛型类型：

   class Box<T> {// 错误！静态变量不能是泛型private static T staticData;
   }
   

3. 泛型与继承的关系：

   • List<String> 不是 List<Object> 的子类。
   • 但 ArrayList<String> 是 List<String> 的子类。

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七、典型应用场景

1. 集合框架（如ArrayList<E>、HashMap<K,V>）。
2. 工具类（如Collections中的泛型方法）。
3. 自定义通用数据结构（如栈、队列、链表）。

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八、代码示例：自定义泛型栈

class Stack<T> {private List<T> elements = new ArrayList<>();public void push(T element) {elements.add(element);}public T pop() {if (elements.isEmpty()) {throw new EmptyStackException();}return elements.remove(elements.size() - 1);}
}// 使用
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(1);
int num = stack.pop();  // 无需强制转换

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九、总结

• 核心目的：提高代码的类型安全性和复用性。
• 关键语法：<T>定义泛型，?处理未知类型。
• 注意事项：类型擦除、通配符的使用场景、PECS原则。

掌握泛型后，你将能写出更健壮、更灵活的 Java 代码！

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