Java中泛型T
本节我们主要来介绍泛型的基本概念和原理
后续章节我们会介绍各种容器类,容器类可以说是日常程序开发中天天用到的,没有容器类,难以想象能开发什么真正有用的程序。而容器类是基于泛型的,不理解泛型,我们就难以深刻理解容器类。那,泛型到底是什么呢?
什么是泛型?
一个简单泛型类
我们通过一个简单的例子来说明泛型类的基本概念、实现原理和好处。
基本概念
我们直接来看代码:
public class Pair<T> {
T first;
T second; public Pair(T first, T second){
this.first = first; this.second = second;
} public T getFirst() {
return first;
} public T getSecond() {
return second;
}
}
Pair就是一个泛型类,与普通类的区别,体现在:
类名后面多了一个
first和second的类型都是T
T是什么呢?T表示类型参数,泛型就是类型参数化,处理的数据类型不是固定的,而是可以作为参数传入。
怎么用这个泛型类,并传递类型参数呢?看代码:
Pair<Integer> minmax = new Pair<Integer>(1,100);
Integer min = minmax.getFirst();
Integer max = minmax.getSecond();
Pair< Integer >,这里Integer就是传递的实际类型参数。
Pair类的代码和它处理的数据类型不是绑定的,具体类型可以变化。上面是Integer,也可以是String,比如:
Pair<String> kv = new Pair<String>("name","老马");
类型参数可以有多个,Pair类中的first和second可以是不同的类型,多个类型之间以逗号分隔,来看改进后的Pair类定义:
public class Pair<U, V> {
U first;
V second; public Pair(U first, V second){ this.first = first; this.second = second;
} public U getFirst() { return first;
} public V getSecond() { return second;
}
}
可以这样使用:
Pair<String,Integer> pair = new Pair<String,Integer>("老马",100);
< String,Integer >既出现在了声明变量时,也出现在了new后面,比较啰嗦,Java支持省略后面的类型参数,可以这样:
Pair<String,Integer> pair = new Pair<>("老马",100);
基本原理
泛型类型参数到底是什么呢?为什么一定要定义类型参数呢?定义普通类,直接使用Object不就行了吗?比如,Pair类可以写为:
public class Pair {
Object first;
Object second; public Pair(Object first, Object second){ this.first = first; this.second = second;
} public Object getFirst() { return first;
} public Object getSecond() { return second;
}
}
使用Pair的代码可以为:Pair minmax = new Pair(1,100);
Integer min = (Integer)minmax.getFirst();
Integer max = (Integer)minmax.getSecond();
Pair kv = new Pair("name","老马");
String key = (String)kv.getFirst();
String value = (String)kv.getSecond();
这样是可以的。实际上,Java泛型的内部原理就是这样的。
我们知道,Java有Java编译器和Java虚拟机,编译器将Java源代码转换为.class文件,虚拟机加载并运行.class文件。对于泛型类,Java编译器会将泛型代码转换为普通的非泛型代码,就像上面的普通Pair类代码及其使用代码一样,将类型参数T擦除,替换为Object,插入必要的强制类型转换。Java虚拟机实际执行的时候,它是不知道泛型这回事的,它只知道普通的类及代码。
再强调一下,Java泛型是通过擦除实现的,类定义中的类型参数如T会被替换为Object,在程序运行过程中,不知道泛型的实际类型参数,比如Pair,运行中只知道Pair,而不知道Integer,认识到这一点是非常重要的,它有助于我们理解Java泛型的很多限制。
Java为什么要这么设计呢?泛型是Java 1.5以后才支持的,这么设计是为了兼容性而不得已的一个选择。
泛型的好处
既然只使用普通类和Object就是可以的,而且泛型最后也转换为了普通类,那为什么还要用泛型呢?或者说,泛型到底有什么好处呢?
主要有两个好处:
- 更好的安全性
- 更好的可读性
语言和程序设计的一个重要目标是将bug尽量消灭在摇篮里,能消灭在写代码的时候,就不要等到代码写完,程序运行的时候。
只使用Object,代码写错的时候,开发环境和编译器不能帮我们发现问题,看代码:
Pair pair = new Pair("老马",1); Integer id = (Integer)pair.getFirst(); String name = (String)pair.getSecond();
看出问题了吗?写代码时,不小心,类型弄错了,不过,代码编译时是没有任何问题的,但,运行时,程序抛出了类型转换异常ClassCastException。
如果使用泛型,则不可能犯这个错误,如果这么写代码:
Pair<String,Integer> pair = new Pair<>("老马",1); Integer id = pair.getFirst(); String name = pair.getSecond();
开发环境如Eclipse会提示你类型错误,即使没有好的开发环境,编译时,Java编译器也会提示你。这称之为类型安全,也就是说,通过使用泛型,开发环境和编译器能确保你不会用错类型,为你的程序多设置一道安全防护网。
使用泛型,还可以省去繁琐的强制类型转换,再加上明确的类型信息,代码可读性也会更好。
小结
在Java中,泛型是通过类型擦除来实现的,它是Java编译器的概念,Java虚拟机运行时对泛型基本一无所知,理解这一点是很重要的,它有助于我们理解Java泛型的很多局限性。
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