🧳1. 泛型类的定义🧳

一般的类和方法，只能使用具体的类型：要么是基本的类型，要么是自定义类型。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的舒服就会很大。----来源《Java编程思想》对泛型的介绍。

泛型实在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化。

1.1 语法

class 泛型类名称<类型形参列表> {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
        }

class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
// 可以只使用部分类型参数
        }

了解：【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

E 表示 Element
K 表示 Key
V 表示 Value
N 表示 Number
T 表示 Type
S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

不能实例化泛型类型的数组

    public T[] objects = new T[10];//ERROR 1、不能实例化泛型类型的数组

1.2 简单示例

定义一个泛型类顺序表

// 演示泛型目的，没有做错误处理和扩容
public class MyArrayList<E> {
    private E[] array;
    private int size;
    public MyArrayList() {
// 泛型类型无法直接创建数组，具体的见下面的注意事项
        array = (E[])new Object[16];
        size = 0;
    }
    // 尾插
    public void add(E e) {
        array[size++] = e;
    }
    // 尾删
    public E remove() {
        E element = array[size - 1];
        array[size - 1] = null; // 将容器置空，保证对象被正确释放
        size--;
        return element;
    }
}

1.3 加入静态内部类的示例

定义一个泛型类链表

public class MyLinkedList<E> {
    public static class Node<E> {
        private E value;
        private Node<E> next;
        private Node(E e) {
            value = e;
            next = null;
        }
    }
    private Node<E> head;
    private int size;
    public MyLinkedList() {
        head = null;
        size = 0;
    }
    // 头插
    public void pushFront(E e) {
        Node<E> node = new Node<>(e);
        node.next = head;
        head = node;
        size++;
    }
    // 尾插
    public void pushBack(E e) {
        if (size == 0) {
            pushFront(e);
            return;
        }
        Node<E> cur = head;
        while (cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = new Node<E>(e);
        size++;
    }
}

1.4 加入继承或实现的示例

定义一个泛型类顺序表

public interface MyList<E> {
    // 尾插
    void add(E e);
    // 尾删
    E remove();
}

public class MyArrayList<E> implements MyList<E> {
// TODO: 未完成
}

1.5泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
...
}

上述的类型边界就是我们泛型的上界

示例

public class MyArray<E extends Number> {
...
}

只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参

MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

error: type argument String is not within bounds of type-variable E
    MyArrayList<String> l2;
        ^
where E is a type-variable:
    E extends Number declared in class MyArrayList

了解：没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

不指定边界就默认为Object

1.5.1复杂举例

public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
...
}

E必须是实现了Comparable接口的

1.6泛型的下界

泛型没有下界！！！

🌂2. 泛型类的使用🌂

2.1 语法

泛型类<类型实参> 变量名; // 定义一个泛型类引用
new 泛型类<类型实参>(构造方法实参); // 实例化一个泛型类对象

2.2 示例

MyArrayList<String> list = new MyArrayList<String>();

2.3 类型推导(Type Inference)

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

MyArrayList<String> list = new MyArrayList<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 String

☂️3. 裸类型(Raw Type) （了解）☂️

3.1 说明

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如 MyArrayList 就是一个裸类型

MyArrayList list = new MyArrayList();

**注意：**我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制

下面的类型擦除部分，我们也会讲到编译器是如何使用裸类型的。

3.2 未检查错误

MyArrayList<String> list = new MyArrayList(); // 自己永远不要这么用

上述代码，会产生编译警告

Note: Example.java uses unchecked or unsafe operations.
Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details.

可以使用 @SuppressWarnings 注解进行警告压制

@SuppressWarnings("unchecked")

🧵4. 泛型类的定义-类型边界🧵

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

4.1 语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
...
}

4.2 示例

public class MyArrayList<E extends Number> {
...
}

只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参

MyArrayList<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArrayList<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型
error: type argument String is not within bounds of type-variable E
        MyArrayList<String> l2;
        ^
where E is a type-variable:
        E extends Number declared in class MyArrayList

了解：没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

4.3 复杂一点的示例

定义一个泛型类搜索树

public class BSTree<K extends Comparable<K>, V> {
...
}

传入的 K 必须是 Comparable 的，并且是可以和另一个 K 类型做比较的，后边的 K 是对类型参数的使用了

🧶5. 类型擦除🧶

我们之前已经讲过，泛型是作用在编译期间的一种机制，实际上运行期间是没有这么多类的，那运行期间是什么类型呢？这里就是类型擦除在做的事情。

class MyArrayList<E> {
// E 会被擦除为 Object
}
class MyArrayList<E extends Comparable<E>> {
// E 被擦除为 Comprable
}

总结：即类型擦除主要看其类型边界而定

了解：编译器在类型擦除阶段在做什么？

将类型变量用擦除后的类型替换，即 Object 或者 Comparable
加入必要的类型转换语句
加入必要的 bridge method 保证多态的正确性

👓6. 泛型类的使用-通配符(Wildcards)👓

? 用于在泛型的使用，即为通配符

6.1通配符解决什么问题

**通配符是用来解决泛型无法协变的问题的，**协变指的就是如果 Student 是 Person 的子类，那么 List 也应该是 List 的子类。但是泛型是不支持这样的父子类关系的。

1、泛型 T 是确定的类型，一旦你传了我就定下来了，而通配符则更为灵活或者说是不确定，更多的是用于扩充参数的范围。

2、或者我们可以这么理解：泛型T就像是个变量，等着你将来传一个具体的类型，而通配符则是一种规定，规定你能传哪些参数。

class Alg3 {
    public static <T> void print1(ArrayList<T> list) {
        for (T x: list) {
            System.out.println(x);
        }
    }
    public static void print2(ArrayList<?> list) {
        for (Object x: list) {
            System.out.println(x);
        }
    }
}

print1是泛型T来接受，他可以确定你传过来的是泛型T类型。

但是print2使用的是Object来接受，他不能确定你传过来的？是什么类型，所以他选择了使用万能类型Object来接受。

示例

package www.bit.java.test;
class Message<T> {
    private T message ;
    public T getMessage() {
        return message;
    }
    public void setMessage(T message) {
        this.message = message;
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message<String> message = new Message() ;
        message.setMessage("庐山风景真美");
        fun(message);
    }
    public static void fun(Message<String> temp){
        System.out.println(temp.getMessage());
    }
}

以上程序会带来新的问题，如果现在泛型的类型设置的不是String，而是Integer.

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message<Integer> message = new Message() ;
        message.setMessage(99);
        fun(message); // 出现错误，只能接收String
    }
    public static void fun(Message<String> temp){
        System.out.println(temp.getMessage());
    }
}

我们需要的解决方案：可以接收所有的泛型类型，但是又不能够让用户随意修改。这种情况就需要使用通配符"?"来处理

范例：使用通配符

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message<Integer> message = new Message() ;
        message.setMessage(55);
        fun(message);
    }
    // 此时使用通配符"?"描述的是它可以接收任意类型，但是由于不确定类型，所以无法修改
    public static void fun(Message<?> temp){
//temp.setMessage(100); 无法修改！
        System.out.println(temp.getMessage());
    }
}

在"?"的基础上又产生了两个子通配符：

? extends 类：设置泛型上限

? super 类：设置泛型下限

6.2 通配符-上界

语法

只能调用传入参数的子类，不允许调用他们的父类

<? extends 上界>
<? extends Number>//可以传入的实参类型是Number或者Number的子类

示例

// 可以传入类型实参是 Number 子类的任意类型的 MyArrayList 因为这里的? 继承了Number。
public static void printAll(MyArrayList<? extends Number> list) {
...
}
// 以下调用都是正确的
printAll(new MyArrayList<Integer>());
printAll(new MyArrayList<Double>());
printAll(new MyArrayList<Number>());
// 以下调用是编译错误的
printAll(new MyArrayList<String>());
printAll(new MyArrayList<Object>());

此时的list可以引用的子类对象很多，编译器无法确定你具体的类型的。编译器为了安全起见，此时只允许你进行读取。

上述传入的是Number，调用Integer、Double和Number是可以的，但是调用String和Object是不可以的。

注意：需要区分泛型使用中的通配符上界和泛型定义中的类型上界

通配符的上界，不能进行写入数据，只能进行读取数据。

6.3 通配符-下界

语法

<? super 下界>
<? super Integer>//代表 可以传入的实参的类型是Integer或者Integer的父类类型

示例

// 可以传入类型实参是 Integer 父类的任意类型的 MyArrayList
public static void printAll(MyArrayList<? super Integer> list) {
        ...
        }
// 以下调用都是正确的
        printAll(new MyArrayList<Integer>());
        printAll(new MyArrayList<Number>());
        printAll(new MyArrayList<Object>());
// 以下调用是编译错误的
        printAll(new MyArrayList<String>());
        printAll(new MyArrayList<Double>());

假如我们引用Person，我们引用的对象肯定是Person或者Person的父类的集合，我们能够确定此时存储的元素的最小粒度比Person小的都可以。但是，你读取的时候，你知道是读取到的哪个子类吗？

添加元素时，只要添加的时Person或者Person的子类就可以。

通配符的下界，不能进行读取数据，只能写入数据。

为什么

Person person = arrayList1.get(0);

//Student student = arrayList1.get(0);

注：Student是Person的子类

不可以取出arrayList的元素？

答：因为存放的时候可以通过多态来存放Person的子类，但是取出的时候，只能取出Person或者Person的父类，不能向下引用子类

🥼7. 泛型中的父子类型（重要）🥼

public class MyArrayList<E> { ... }
// MyArrayList<Object> 不是 MyArrayList<Number> 的父类型
// MyArrayList<Number> 也不是 MyArrayList<Integer> 的父类型
// 需要使用通配符来确定父子类型
// MyArrayList<?> 是 MyArrayList<? extends Number> 的父类型
// MyArrayList<? extends Number> 是 MyArrayList<Integer> 的父类型

理论上来说：Object是所有类的父类

为什么上述代码的Object不是Number的父类呢，因为编译完成后我们的类型都被擦除了

🦺8. 泛型方法🦺

8.1 定义语法

方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) { ... }

8.2 示例

一般的泛型方法需要new对象，new完对象之后才可以使用我们的Alg方法

class Alg<T extends Comparable<T>> {
    public T findMax(T[] array) {
        T max = array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (max.compareTo(array[i]) < 0) {
                max = array[i];
            }
        }
        return max;
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Alg<Integer> alg = new Alg<>();
        Integer[] array = {1,2,3,4,7,5,6,9,100,97,123};
        System.out.println(alg.findMax(array));
        Alg<String> alg1 = new Alg<>();
        String[] array1 = {"abc","xxhljq","hello"};
        System.out.println(alg1.findMax(array1));
    }

加入了static之后的泛型方法变为了静态的泛型方法，不需要new对象，直接就可以调用Alg2的方法。

class Alg2 {
    public static <T extends Comparable<T>>T findMax(T[] array) {
        T max = array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (max.compareTo(array[i]) < 0) {
                max = array[i];
            }
        }
        return max;
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] array = {1,2,3,4,7,5,6,9,100,97,123};
        //System.out.println(Alg2.findMax(array));  不写<Integer>我们的Alg2方法也会自己推导出array的类型是Integer
        System.out.println(Alg2.<Integer>findMax(array));
        String[] array1 = {"abc","xxhljq","hello"};
        //System.out.println(Alg2.findMax(array1));  不写<String>我们的Alg2方法也会自己推导出array的类型是String
        System.out.println(Alg2.<String>findMax(array1));
    }
}

8.3 使用示例-可以类型推导

Integer[] a = { ... };
        swap(a, 0, 9);
        String[] b = { ... };
        swap(b, 0, 9);

8.4 使用示例-不使用类型推导

Integer[] a = { ... };
        Util.<Integer>swap(a, 0, 9);
        String[] b = { ... };
        Util.<String>swap(b, 0, 9);

👔9. 泛型的限制👔

泛型类型参数不支持基本数据类型

无法实例化泛型类型的对象

无法使用泛型类型声明静态的属性

无法使用 instanceof 判断带类型参数的泛型类型

无法创建泛型类数组

无法 create、catch、throw 一个泛型类异常（异常不支持泛型）

泛型类型不是形参一部分，无法重载

👕10. 完整定义一份泛型类支持的搜索树（不使用 Comparator）👕

import java.util.*;
public class BSTree<K extends Comparable<K>, V> {
    private static class Entry<K, V> {
        private K key;
        private V value;
        private Entry<K, V> left = null;
        private Entry<K, V> right = null;
        private Entry(K key, V value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }
        @Override
        public String toString() {
            return String.format("{%s=%s}", key, value);
        }
    }
    private Entry<K, V> root = null;
    public V get(K key) {
        Entry<K, V> cur = root;
        while (cur != null) {
            int r = key.compareTo(cur.key);
            if (r == 0) {
                return cur.value;
            } else if (r < 0) {
                cur = cur.left;
            } else {
                cur = cur.right;
            }
        }
        return null;
    }
    public V put(K key, V value) {
        if (root == null) {
            root = new Entry<>(key, value);
            return null;
        }
        Entry<K, V> parent = null;
        Entry<K, V> cur = root;
        while (cur != null) {
            int r = key.compareTo(cur.key);
            if (r == 0) {
                V oldValue = cur.value;
                cur.value = value;
                return oldValue;
            } else if (r < 0) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            } else {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            }
        }
        Entry<K, V> entry = new Entry<>(key, value);
        if (key.compareTo(parent.key) < 0) {
            parent.left = entry;
        } else {
            parent.right = entry;
        }
        return null;
    }
    public V remove(K key) {
        Entry<K, V> parent = null;
        Entry<K, V> cur = root;
        while (cur != null) {
            int r = key.compareTo(cur.key);
            if (r == 0) {
                V oldValue = cur.value;
                removeEntry(parent, cur);
                return oldValue;
            } else if (r < 0) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            } else {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            }
        }
        return null;
    }
    private void removeEntry(Entry<K, V> parent, Entry<K, V> cur) {
        if (cur.left == null) {
            if (cur == root) {
                root = cur.right;
            } else if (cur == parent.left) {
                parent.left = cur.right;
            } else {
                parent.right = cur.right;
            }
        } else if (cur.right == null) {
            if (cur == root) {
                root = cur.left;
            } else if (cur == parent.left) {
                parent.left = cur.left;
            } else {
                parent.right = cur.left;
            }
        } else {
            Entry<K, V> gParent = cur;
            Entry<K, V> goat = cur.left;
            while (goat.right != null) {
                gParent = goat;
                goat = goat.right;
            }
            cur.key = goat.key;
            cur.value = goat.value;
            if (goat == gParent.left) {
                gParent.left = goat.left;
            } else {
                gParent.right = goat.left;
            }
        }
    }
    public static interface Function<T> {
        void apply(T entry);
    }
    public static <K, V> void preOrderTraversal(Entry<K, V> node, Function<Entry<K, V>>
            func) {
        if (node != null) {
            func.apply(node);
            preOrderTraversal(node.left, func);
            preOrderTraversal(node.right, func);
        }
    }
    public static <K, V> void inOrderTraversal(Entry<K, V> node, Function<Entry<K, V>>
            func) {
        if (node != null) {
            inOrderTraversal(node.left, func);
            func.apply(node);
            inOrderTraversal(node.right, func);
        }
    }
    public void print() {
        System.out.println("前序遍历: ");
        preOrderTraversal(root, (n) -> {
            System.out.print(n.key + " ");
        });
        System.out.println();
        System.out.println("中序遍历: ");
        inOrderTraversal(root, (n) -> {
            System.out.print(n.key + " ");
        });
        System.out.println();
    }
    public static void main(String[] args) {
        BSTree<Integer, String> tree = new BSTree<>();
        int count = 0;
        Random random = new Random(20190915);
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            int key = random.nextInt(200);
            String value = String.format("Value of %d", key);
            if (tree.put(key, value) == null) {
                count++;
            }
        }
        System.out.println("一共插入 " + count + " 个结点");
        tree.print();
    }
}

感谢各位读者的阅读，本文章有任何错误都可以在评论区发表你们的意见，我会对文章进行改正的。如果本文章对你有帮助请动一动你们敏捷的小手点一点赞，你的每一次鼓励都是作者创作的动力哦！😘

Java泛型

Java泛型

🧳1. 泛型类的定义🧳

1.1 语法

1.2 简单示例

1.3 加入静态内部类的示例

1.4 加入继承或实现的示例

1.5泛型的上界

1.5.1复杂举例

1.6泛型的下界

🌂2. 泛型类的使用🌂

2.1 语法

2.2 示例

2.3 类型推导(Type Inference)

☂️3. 裸类型(Raw Type) （了解）☂️

3.1 说明

3.2 未检查错误

🧵4. 泛型类的定义-类型边界🧵

4.1 语法

4.2 示例

4.3 复杂一点的示例

🧶5. 类型擦除🧶

👓6. 泛型类的使用-通配符(Wildcards)👓

6.2 通配符-上界

6.3 通配符-下界

🥼7. 泛型中的父子类型（重要）🥼

🦺8. 泛型方法🦺

8.1 定义语法

8.2 示例

8.3 使用示例-可以类型推导

8.4 使用示例-不使用类型推导

👔9. 泛型的限制👔

👕10. 完整定义一份泛型类支持的搜索树（不使用 Comparator）👕

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🧳1. 泛型类的定义🧳

1.1 语法

1.2 简单示例

1.3 加入静态内部类的示例

1.4 加入继承或实现的示例

1.5泛型的上界

1.5.1复杂举例

1.6泛型的下界

🌂2. 泛型类的使用🌂

2.1 语法

2.2 示例

2.3 类型推导(Type Inference)

☂️3. 裸类型(Raw Type) （了解）☂️

3.1 说明

3.2 未检查错误

🧵4. 泛型类的定义-类型边界🧵

4.1 语法

4.2 示例

4.3 复杂一点的示例

🧶5. 类型擦除🧶

👓6. 泛型类的使用-通配符(Wildcards)👓

6.2 通配符-上界

6.3 通配符-下界

🥼7. 泛型中的父子类型（重要）🥼

🦺8. 泛型方法🦺

8.1 定义语法

8.2 示例

8.3 使用示例-可以类型推导

8.4 使用示例-不使用类型推导

👔9. 泛型的限制👔

👕10. 完整定义一份泛型类支持的搜索树（不使用 Comparator）👕

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