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理解Java泛型

web 2025/8/19 21:09:38

Java 泛型详解：类型安全与代码复用的完美结合

泛型（Generics）是 Java 5 引入的一项重要特性，它提供了编译时类型安全检测机制，允许程序员在编译时检测到非法的类型。泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

一、为什么需要泛型？

在 Java 5 之前，集合类如 ArrayList 可以存储任意类型的对象，这导致了以下问题：

类型不安全：可以向集合中添加任意类型的对象，在运行时可能引发 ClassCastException。
强制类型转换：从集合中获取对象时需要进行强制类型转换，增加了代码的复杂度和出错机会。

示例：非泛型集合的问题

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class NonGenericExample {public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();list.add("Hello");list.add(123); // 编译时不会报错// 运行时会抛出ClassCastExceptionString str = (String) list.get(1); // 错误：无法将Integer转换为String}
}

泛型概述小结

与使用 Object 对象代替一切引用数据类型对象这样简单粗暴方式相比，泛型使得数据类型的类别可以像参数一样由外部传递进来。它提供了一种扩展能力，更符合面向对象开发的软件编程宗旨。
当具体的数据类型确定后，泛型又提供了一种类型安全检测机制，只有数据类型相匹配的变量才能正常的赋值，否则编译器就不通过。所以说，泛型一定程度上提高了软件的安全性，防止出现低级的失误。
泛型提高了程序代码的可读性。在定义泛型阶段（类、接口、方法）或者对象实例化阶段，由于 < 类型参数 > 需要在代码中显式地编写，所以程序员能够快速猜测出代码所要操作的数据类型，提高了代码可读性。

二、泛型的基本语法

泛型类和泛型方法的定义使用尖括号<>来指定类型参数。

1. 泛型类

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

使用泛型类

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.set("Hello");
String str = stringBox.get(); // 无需强制类型转换Box<Integer> intBox = new Box<>();
intBox.set(123);
Integer num = intBox.get();

使用泛型类需要注意：泛型类中的静态方法和静态变量不可以使用泛型类所声明的类型参数，因为静态变量和静态方法在类加载的时候已经初始化，可以直接使用类名调用，没有声明类型就直接调用显然不符合规范

2. 泛型方法

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};String[] strArray = {"Hello", "World"};printArray(intArray); // 输出: 1 2 3printArray(strArray); // 输出: Hello World}
}

三、泛型通配符

泛型通配符用于处理未知类型，主要有三种形式：

无界通配符：<?>
上界通配符：<? extends T>
下界通配符：<? super T>

示例：通配符的使用

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class WildcardExample {// 无界通配符public static void printList(List<?> list) {for (Object element : list) {System.out.print(element + " ");}System.out.println();}// 上界通配符：只能处理Number及其子类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：只能处理Integer及其父类public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {for (int i = 1; i <= 5; i++) {list.add(i);}}public static void main(String[] args) {List<Integer> intList = List.of(1, 2, 3);List<String> strList = List.of("A", "B", "C");printList(intList); // 输出: 1 2 3printList(strList); // 输出: A B CList<Double> doubleList = List.of(1.5, 2.5, 3.5);System.out.println(sumOfList(doubleList)); // 输出: 7.5List<Object> objList = new ArrayList<>();addIntegers(objList);System.out.println(objList); // 输出: [1, 2, 3, 4, 5]}
}

四、泛型边界

泛型边界用于限制泛型类型参数的范围，可以是类边界或接口边界。

示例：泛型边界的使用

// 泛型类的边界
public class ComparableBox<T extends Comparable<T>> {private T content;public ComparableBox(T content) {this.content = content;}public T getMax(T other) {return (content.compareTo(other) >= 0) ? content : other;}
}// 使用
ComparableBox<Integer> box = new ComparableBox<>(10);
Integer max = box.getMax(20); // 返回20

五、类型擦除

Java 泛型是通过类型擦除（Type Erasure）实现的。在编译过程中，泛型类型信息会被擦除，替换为它们的边界类型（或 Object 如果没有指定边界）。

示例：类型擦除

// 编译前
List<String> stringList = new ArrayList<>();
List<Integer> intList = new ArrayList<>();// 编译后（类型擦除）
List stringList = new ArrayList();
List intList = new ArrayList();