Java學習第八部分—

一、概述

（一）定義

（二）作用

（三）引入原因

二、使用

（一）類

（二）接口

（三）方法

三、類型參數

（一）命名

（二）限制

四、類型擦除

（一）概念

（二）影響

五、通配符

（一）`?`（無界通配符）

（二）`? extends T`（上界通配符）

（三）`? super T`（下界通配符）

六、高級用法

（一）泛型數組

（二）泛型與反射

（三）泛型與匿名內部類

七、idea項目實戰

（一）打開idea新建Java項目

（二）編寫GenericCollectionUtil類

（三）創建測試類

（四）編譯運行代碼，注意切換到測試類文件

（五）運行結果如下

（六）代碼解釋如下

1. GenericCollectionUtil?類

2. GenericCollectionUtilTest`類

一、概述

（一）定義

? ? ? ? Java泛型（Generics）是指在定義類、接口或方法時，可以指定一個或多個類型參數（Type Parameters），這些類型參數在使用時會被具體的類型替換。它允許程序員在編寫代碼時延遲確定數據類型，從而提高代碼的復用性和安全性。

（二）作用

? ? ? ?Java泛型是一種強大的特性，它可以讓代碼更加通用、安全和復用。通過泛型類、泛型接口和泛型方法，可以編寫出能夠處理多種類型數據的代碼。同時，泛型的類型參數、類型擦除和通配符等概念也需要深入理解，以便正確使用泛型。

（三）引入原因

1. 類型安全
? ?- 在沒有泛型的情況下，集合類（如ArrayList）只能存儲Object類型的對象。當從集合中取出元素時，需要進行強制類型轉換。例如：

? ? ?List list = new ArrayList();
? ? ?list.add("Hello");
? ? ?String str = (String) list.get(0);

? ? ?這種方式存在類型安全問題，因為list可以存儲任何類型的對象，如果添加了其他類型的對象，如`list.add(123);`，在取出時進行強制類型轉換就會拋出`ClassCastException`異常。
? ?- 使用泛型后，可以在編譯階段就檢查類型是否正確。例如：

? ? ?List<String> list = new ArrayList<String>();
? ? ?list.add("Hello");
? ? ?String str = list.get(0); // 不需要強制類型轉換

? ? ?如果嘗試添加非String類型的對象，如`list.add(123);`，編譯器會報錯。
2. 代碼復用
? ?- 泛型可以讓我們編寫更加通用的代碼。例如，一個泛型類可以處理多種類型的數據，而不需要為每種數據類型都編寫一個類。

二、使用

（一）類

1. 定義泛型類
? ?- 泛型類的定義格式為：

? ? ?class 類名<類型參數> {
? ? ? ? ?// 類的成員可以使用類型參數
? ? ?}

? ?- 例如，定義一個簡單的泛型類Box：

? ? ?public class Box<T> {
? ? ? ? ?private T t;

? ? ? ? ?public void set(T t) {
? ? ? ? ? ? ?this.t = t;
? ? ? ? ?}

? ? ? ? ?public T get() {
? ? ? ? ? ? ?return t;
? ? ? ? ?}
? ? ?}

2. 使用泛型類
? ?- 使用時需要指定具體的類型參數。例如：

? ? ?Box<String> stringBox = new Box<String>();
? ? ?stringBox.set("Hello");
? ? ?String str = stringBox.get();

? ? ?Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
? ? ?integerBox.set(123);
? ? ?Integer num = integerBox.get();
?

（二）接口

1. 定義泛型接口
? ?- 泛型接口的定義格式與泛型類類似：
? ?? ? ?interface 接口名<類型參數> {
? ? ? ? ?// 接口的成員可以使用類型參數
? ? ?}

? ?- 例如，定義一個泛型接口Comparable：
?
? ? ?public interface Comparable<T> {
? ? ? ? ?int compareTo(T o);
? ? ?}

2. 實現泛型接口
? ?- 實現泛型接口時，可以指定具體的類型參數，也可以不指定。例如：
??
? ? ?public class Person implements Comparable<Person> {
? ? ? ? ?private String name;

? ? ? ? ?public Person(String name) {
? ? ? ? ? ? ?this.name = name;
? ? ? ? ?}

? ? ? ? ?@Override
? ? ? ? ?public int compareTo(Person o) {
? ? ? ? ? ? ?return this.name.compareTo(o.name);
? ? ? ? ?}
? ? ?}
?

（三）方法

1. 定義泛型方法
? ?- 泛型方法的定義格式為：
?
? ? ?<類型參數> 返回值類型方法名(參數列表) {
? ? ? ? ?// 方法體
? ? ?}

? ?- 例如，定義一個泛型方法swap：

? ? ?public <T> void swap(T[] array, int i, int j) {
? ? ? ? ?T temp = array[i];
? ? ? ? ?array[i] = array[j];
? ? ? ? ?array[j] = temp;
? ? ?}

2. 使用泛型方法
? ?- 調用泛型方法時，可以省略類型參數，編譯器會自動推斷。例如：

? ? ?String[] strArray = {"a", "b"};
? ? ?swap(strArray, 0, 1);
?

三、類型參數

（一）命名

- 通常使用單個大寫字母作為類型參數的名稱，常見的有：
? - `T`：Type
? - `E`：Element
? - `K`：Key
? - `V`：Value
? - `N`：Number

（二）限制

1. 有界類型參數
? ?- 可以通過`extends`關鍵字對類型參數進行限制，使其只能是某個類或接口的子類型。例如：

? ? ?public <T extends Number> void print(T t) {
? ? ? ? ?System.out.println(t);
? ? ?}

? ? ?這樣，`T`只能是`Number`或其子類的實例。
2. 無界類型參數
? ?- 如果沒有對類型參數進行限制，那么它就是一個無界類型參數，可以是任何類型。例如：

? ? ?public <T> void print(T t) {
? ? ? ? ?System.out.println(t);
? ? ?}
?

四、類型擦除

（一）概念

- 在Java中，泛型是通過類型擦除實現的。也就是說，在運行時，泛型類型會被擦除，所有的類型參數都會被替換為它們的邊界（如果有邊界的話），如果沒有邊界，則替換為`Object`。
- 例如，`List<String>`和`List<Integer>`在運行時都會被擦除為`List`。

（二）影響

1.無法獲取泛型類型參數
? ?- 由于類型擦除，無法在運行時獲取泛型類型參數的具體類型。例如：

? ? ?List<String> list = new ArrayList<String>();
? ? ?System.out.println(list.getClass().getTypeParameters()); // 輸出的是一個空的TypeVariable數組

2.泛型方法的重載
? ?- 由于類型擦除，泛型方法的簽名在運行時是相同的，因此不能僅根據類型參數的不同來重載泛型方法。例如：
??
? ? ?public <T> void print(T t) {
? ? ? ? ?System.out.println(t);
? ? ?}

? ? ?public <E> void print(E e) {
? ? ? ? ?System.out.println(e);
? ? ?}

? ? ?這是不允許的，因為編譯器無法區分這兩個方法。

五、通配符

（一）`?`（無界通配符）

- 表示任意類型。例如：

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

? 這個方法可以接受任何類型的`List`作為參數。

（二）`? extends T`（上界通配符）

- 表示類型參數是`T`或`T`的子類型。例如：

? public void printNumberList(List<? extends Number> list) {
? ? ? for (Number num : list) {
? ? ? ? ? System.out.println(num);
? ? ? }
? }

? 這個方法可以接受`List<Number>`、`List<Integer>`、`List<Double>`等作為參數。

（三）`? super T`（下界通配符）

- 表示類型參數是`T`或`T`的父類型。例如：

? public void addNumberToList(List<? super Integer> list) {
? ? ? list.add(123);
? }

? 這個方法可以接受`List<Integer>`、`List<Number>`、`List<Object>`等作為參數。

六、高級用法

（一）泛型數組

- 不能創建泛型數組，例如`new T[10]`是不允許的。但是可以通過其他方式來實現類似的功能。例如：

? public <T> T[] createArray(Class<T> clazz, int size) {
? ? ? return (T[]) Array.newInstance(clazz, size);
? }
?

（二）泛型與反射

- 可以通過反射來獲取泛型類型參數。例如：
?
? Type type = new TypeReference<List<String>>() {}.getType();
? if (type instanceof ParameterizedType) {
? ? ? ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) type;
? ? ? Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
? ? ? System.out.println(actualTypeArguments[0]); // 輸出：class java.lang.String
? }
?

（三）泛型與匿名內部類

- 可以在匿名內部類中使用泛型。例如：

? public static void main(String[] args) {
? ? ? List<String> list = new ArrayList<String>() {
? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? add("Hello");
? ? ? ? ? }
? ? ? };
? ? ? System.out.println(list.get(0));
? }
?

七、idea項目實戰

（一）打開idea新建Java項目

ps：如果需要，可以在pom.xml文件中添加其他依賴。對于這個簡單的項目不需要額外的依賴。

（二）編寫`GenericCollectionUtil`類

package com.example.util;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class GenericCollectionUtil<T> {private List<T> list = new ArrayList<>();/*** 添加元素到集合** @param element 要添加的元素*/public void add(T element) {list.add(element);}/*** 獲取集合中的元素** @param index 元素的索引* @return 索引對應的元素*/public T get(int index) {return list.get(index);}/*** 清空集合*/public void clear() {list.clear();}/*** 獲取集合大小** @return 集合的大小*/public int size() {return list.size();}@Overridepublic String toString() {return list.toString();}
}

（三）創建測試類

package com.example.util;public class GenericCollectionUtilTest {public static void main(String[] args) {// 測試字符串集合GenericCollectionUtil<String> stringUtil = new GenericCollectionUtil<>();stringUtil.add("Hello");stringUtil.add("World");System.out.println("String Collection: " + stringUtil);System.out.println("Element at index 0: " + stringUtil.get(0));stringUtil.clear();System.out.println("After clear: " + stringUtil);// 測試整數集合GenericCollectionUtil<Integer> intUtil = new GenericCollectionUtil<>();intUtil.add(1);intUtil.add(2);intUtil.add(3);System.out.println("Integer Collection: " + intUtil);System.out.println("Element at index 1: " + intUtil.get(1));intUtil.clear();System.out.println("After clear: " + intUtil);}
}

（四）編譯運行代碼，注意切換到測試類文件

ps：紅色箭頭所示兩種點擊都可以實現

（五）運行結果如下

（六）代碼解釋如下

1. GenericCollectionUtil?類

? ? ? ?這個類是一個泛型工具類，用于處理不同類型的數據集合操作。它使用了 Java 的泛型特性，使得同一個類可以處理多種類型的數據。

成員變量
- `private List<T> list = new ArrayList<>();`
? - 這是一個泛型列表，用于存儲集合中的元素。`T` 是一個類型參數，表示集合中元素的類型。

方法
- `public void add(T element)`
? - 這是一個泛型方法，用于向集合中添加元素。`element` 是要添加的元素，其類型由 `T` 決定。
??
- `public T get(int index)`
? - 這是一個泛型方法，用于從集合中獲取指定索引位置的元素。返回值的類型也是 `T`。
??
- `public void clear()`
? - 這是一個非泛型方法，用于清空集合中的所有元素。
??
- `public int size()`
? - 這是一個非泛型方法，用于獲取集合中元素的數量。
??
- `@Override public String toString()`
? - 這是一個重寫的方法，用于返回集合的字符串表示形式。它直接返回 `list.toString()`，即集合中所有元素的字符串表示。

2. GenericCollectionUtilTest`類

這個類是一個測試類，用于驗證 `GenericCollectionUtil` 類的功能。

主要邏輯
- 創建 `GenericCollectionUtil` 類的實例，分別用于字符串和整數類型的集合。
- 向集合中添加元素，并打印集合的字符串表示形式。
- 獲取并打印指定索引位置的元素。
- 清空集合，并打印清空后的集合表示形式。

輸出示例
- 打印字符串集合和整數集合的初始狀態。
- 打印指定索引位置的元素。
- 打印清空集合后的狀態。

優點
- **泛型使用**：通過使用泛型，代碼更加通用和靈活，可以處理多種類型的數據集合。
- **簡潔性**：代碼簡潔明了，易于理解和維護。
- **功能明確**：每個方法的功能都很明確，易于使用。

缺點
- **功能有限**：目前只實現了添加元素、獲取元素、清空集合和獲取集合大小的功能，還可以擴展更多功能，如刪除元素、查找元素等。
- **異常處理**：在獲取元素時，如果索引超出范圍，會拋出 `IndexOutOfBoundsException` 異常。可以考慮添加異常處理邏輯，提高代碼的健壯性。

擴展功能建議
- **刪除元素**：添加一個方法，用于從集合中刪除指定索引位置的元素。
- **查找元素**：添加一個方法，用于查找集合中是否存在指定的元素。
- **排序**：添加一個方法，用于對集合中的元素進行排序。
- **過濾**：添加一個方法，用于對集合中的元素進行過濾，返回滿足條件的元素集合。