==《Thinking in Java》 第15章笔记==
即使使用了接口,就要求代码必须使用特定的接口,对程序的约束也还是太强了。我们希望达到的目的是编写更通用的代码,要使代码能够应用与“某种不具体的类型”,而不是一个具体的接口或类。泛型这个术语的意思就是适用于许多许多的类型。
- 15.1 与C++的比较
public class Holder<T>{
private T a;
...
}
T就是类型参数,Java泛型的核心概念:告诉编译器想使用什么类型,然后编译器帮你处理一切细节。
- 15.2.1 一个元祖类库
元祖:将一组对象直接打包存储于其中的一个单一对象。
public class TwoTuple<A,B>{
public final A first;
public fianl B second;
public TwoTuple(A a, B b){
first = a;
second = b;
}
}
通过final关键字保证安全性,可以随心所欲的使用这两个对象,却无法改变这两个对象。
- 15.3 泛型接口
例如生成器,是工厂方法设计模式的一种应用。
public interface Generator<T> {
T next();
}
public class CoffeeGenerator implements Generator<Coffee>, Iterable<Coffee> {
private Class[] types = {Latte.class, Mocha.class, Cappuccino.class, Americano.class, Breve.class};
private static Random random = new Random(44);
public CoffeeGenerator() {}
private int size = 0;
public CoffeeGenerator(int sz) {size = sz;}
@Override
public Coffee next() {
try{
return (Coffee) types[random.nextInt(types.length)].newInstance();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
class CoffeeIterator implements Iterator<Coffee>{
int count = size;
@Override
public boolean hasNext() {
return count > 0;
}
@Override
public Coffee next() {
count --;
return CoffeeGenerator.this.next();
}
@Override
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
public Iterator<Coffee> iterator(){
return new CoffeeIterator();
}
public static void main(String[] args){
CoffeeGenerator gen = new CoffeeGenerator();
for(int i = 0; i < 5; i++)
System.out.println(gen.next());
for(Coffee c : new CoffeeGenerator(5))
System.out.println(c);
}
}
注意:基本类型无法作为类型参数,不过Java SE5具备了自动打包和自动拆包的功能,可以很方便地在基本类型和其相应的包装器类型之间进行转换。
- 15.4 泛型方法
是否拥有泛型方法,与其所在的类是否是泛型没有关系,可以是泛型类,也可以不是泛型类。
如果使用泛型方法可以取代将整个类泛型化,那么就应该只使用泛型方法,因为它可以使事情更加清楚明白。另外,对于一个static的方法而言,无法访问泛型类的类型参数。
public <T> void f(T x){
System.out.println(x.getClass().getName());
}
调用:
gm.f("");
gm.f(1);
gm.f(1.0);
...
使用泛型方法的时候,通常不必指明参数类型,因为编译器会为我们找出具体的类型。这称为类型参数判断。这就好像是f()被无限次的重载过。如果f()调用时传入了基本类型,那么自动打包机制就会接入其中,将基本类型的值包装为对应的对象。
- 15.4.3 用于Generator的泛型方法
public class Generators {
public static <T> Collection<T> fill(Collection<T> coll, Generator<T> generator, int n){
for(int i =0; i < n; i++)
coll.add(generator.next());
return coll;
}
}
//调用
fill(new ArrayList<Coffee>(), new CoffeeGenerator(), 4);
- 15.5 匿名内部类
public static Generator<Teller> generator =
new Generator<Teller>(){
public Teller next(){ return new Teller(); }
};
- 15.7 擦除的神秘之处
Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
System.out.println(c1==c2);
输出为true。
Java泛型是使用擦除来实现的,在泛型代码内部,无法获得任何有关泛型参数类型的信息。因此List和List在运行时事实上是相同的类型。
因为泛型内部是没有类型信息的,所以要调用t.f()方法时,也是不可以的,解决方法是给定泛型类的边界:,如此,就可以调用t.f().
public Test<T extends HasF>{
private T t;
...
public void test(){ t.f(); }
}
编译器会把类型参数替换为它的擦除,上述的例子T擦除到了HasF.
如果自己去执行擦除,那么前一个例子可以简单的创建出一个没有泛型的类:
public Test(){
private HasF t;
...
public void test(){ t.f(); }
}
但是泛型可以返回确切的类型,而用Object的话必须强转:
public T get() { return t; }
- 15.7.2 迁移兼容性
泛型类型只有在静态类型检查期间才出现,在此之后,程序中的所有泛型类型都将被擦除,替换为它们的非泛型上届,例如,List这样的类型注解将被擦除为List,而普通的类型变量在未指定边界的情况下将被擦除为Object。
迁移兼容性:擦除的核心动机是它使得泛化的客户端可以用非泛化的类库来使用,反之亦然。
- 15.8 擦除的补偿
擦除丢失了在泛型代码中执行某些操作的能力,任何在运行时需要知道确切类型信息的操作都将无法工作:
T var = new T();//Error
T[] arr = new T[size];//Error
if(arg instanceof T){}//Error
T[] arr = (T)new Object[size];//Unchecked warning
- 15.8.1 创建类型实例
C++中可以直接创建,Java中的解决方法是传递一个工厂对象,并用它创建新的实例,最便利的工厂对象就是Class对象:
class ClassAsFactory<T>{
T x;
public ClssAsFactory(Class<T> kind){
try{
x = kind.newInstance();
}catch(Exception e){
...
}
}
}
...
ClassAsFactory<Coffee> fe =
new ClassAsFactory<>(Coffee.class);
但是如果传入的是Integer.class,可以编译但是最终却catch到了异常,因为Integer没有任何默认的构造器。因此Sun建议使用显示的工厂。
interface Factory<T>{
T create();
}
class Foo2<T>{
private T x;
public <F extends Factory<T>> Foo2(F factory){
x = factory.create();
}
}
class IntegerFactory implements Factory<Integer>{
public Integer create(){
return new Integer(0);
}
}
//调用
new Foo2<Integer>(new IntegerFactory());
或者是模板方法设计模式,下面的示例中,create()就是在子类中定义的、用来产生子类类型的对象:
abstract class GenericWithCreate<T>{
final T element;
GenericWithCreate(){ element = create(); }
abstract T create();
}
class X {}
class Creator extends GenericWithCreate<X>{
X create() { return new X(); }
void f(){
...
}
}
//调用
Creator c = new Creator();
c.f();
- 15.8.2 泛型数组
不能直接创建泛型数组,一般的解决方案是在任何想要创建泛型数组的地方都使用ArrayList:
private List<T> array = new ArrayList<T>();
public void add(T item) {}
public T get() {}
既然所有数组无论它们持有的类型如何,都具有相同的结构(每个数组槽位的尺寸和数组的布局),那么看起来应该能创建一个Object数组,并将其转型为所希望的数组类型,事实上这可以编译,但是不能运行:
public class ArrayOfGeneric {
static final int SIZE = 100;
static Generic<Integer>[] gia;
static Generic[] giaNormal;
public static void main(String[] args){
//java.lang.Object; cannot be cast to [Lcom.whu.fly.Chapter15.GenericInterface.Generic;
// gia = (Generic<Integer>[]) new Object[SIZE];
//Error:创建泛型数组
// gia = new Generic<Integer>[SIZE];
gia = new Generic[SIZE];
System.out.println(gia.getClass().getSimpleName());
giaNormal = new Generic[SIZE];
giaNormal[0] = new Generic<Double>();
gia[0] = new Generic<Integer>();
}
}
数组将跟踪它们的实际类型,而这个类型是在数组被创建的时候确定的,因此,即使gia已经被转型为Generic[],但这个信息只存在于编译器,在运行时,它仍旧是Object数组。
gia = (Generic[]) new Object[SIZE]将报java.lang.Object; cannot be cast to [Lcom.whu.fly.Chapter15.GenericInterface.Generic的错误。而gia = new Generic[SIZE]将报Error:创建泛型数组的错误。
第一个错误原因显而易见,第二个错误原因==我觉得==是无法建立泛型数组,所以用了通用的Generic[]类型,但是gia中并不能放其他类型的,gia[1] = new Generic()会报错无法将Double插入到Integer中。
成功创建泛型数组的唯一方式就是创建一个被擦除类型的新数组,然后对其转型:
public class GenericArray<T> {
private T[] array;
public GenericArray(int size){
array = (T[]) new Object[size];
}
public void put(int index, T item){
array[index] = item;
}
public T get(int index){
return array[index];
}
public T[] rep(){
return array;
}
public static void main(String[] args){
GenericArray<Integer> gai = new GenericArray<>(10);
// java.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer
// Integer[] ia = gai.rep();
Object[] oa = gai.rep();
}
}
rep()返回的是T[],但是尝试左右Integer[]引用来捕获,依然会报错,这是因为实际的运行时类型是Object[]。
因为有了擦除,数组的运行时类型就只能是Object[],如果我们立即将其转型为T[],那么在编译器该数组的实际类型就将丢失,而编译器可能会错误某些潜在的错误检查。正因为这样,最好是在集合内部使用Object[]:
public class GenericArray2<T> {
private Object[] array;
public GenericArray2(int size){
array = new Object[size];
}
public void put(int index, T item){
array[index] = item;
}
public T get(int index){
return (T)array[index];
}
public T[] rep(){
return (T[])array;
}
public static void main(String[] args){
GenericArray2<Integer> gai = new GenericArray2<>(10);
for(int i = 0; i < 10; i ++)
gai.put(i, i);
for(int i = 0; i < 10; i++)
System.out.print(gai.get(i) + " ");
System.out.println();
//java.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer
// Integer[] ia = gai.rep();
}
}
依然不能将gai.rep()转为Integer[],它只能是Object[]。
如果确实需要具体的类型,可以传递一个类型标记:
public class GenericArrayWithTypeToken<T> {
private T[] array;
public GenericArrayWithTypeToken(Class<T> type, int size){
array = (T[]) Array.newInstance(type, size);
}
public void put(int index, T item){
array[index] = item;
}
public T get(int index){
return array[index];
}
public T[] rep(){
return array;
}
public static void main(String[] args){
GenericArrayWithTypeToken<Integer> gai = new GenericArrayWithTypeToken<>(Integer.class, 10);
Integer[] ia = gai.rep();
}
}
类型标记Class被传到构造器中,以便从擦除中回复,使得我们可以创建需要的实际类型的数组。
- 15.9 边界
如15.7所讲,边界使得你可以在用于泛型的参数类型上设置限制条件,可以按照自己的边界类型来调用方法。
public class ColoredDimension<T extends FruitClass & Inter1 & Inter2> {
}
边界可以设置多个,但是class必须在前面,然后是接口(接口可以是多个)。
- 15.10 通配符
数组可以由一个父类的引用来持有子类的数组,例如:
Fruit[] fruits = new Apple[10];
fruits[0] = new Apple();
//可以编译,但是不能运行
fruits[1] = new Fruit();
因为它有一个Fruit[]的引用,所以它没有理由不允许将Fruit对象或者任何其子类加入其中,因此,在编译器这是允许的,但是它的实际类型是Apple[],在运行时,数组机制知道它处理的是Apple[],因此会抛出异常。
在使用泛型容器时,这种“向上转型”就不允许了:
//编译期报错
List<Fruit> fruitList = new ArrayList<Apple>();
这实际上根本不是向上转型,Apple的List不是Fruit的List。
真正的问题是我们在谈论容器的类型,而不是容器持有的类型。与数组不同,泛型没有内建的协变类型(????)。这是因为数组在语言中是完全定义的,因此可以内建了编译期和运行时的检查,但是在使用泛型时,编译期和运行时系统都不知道你想用类型做些什么,以及应采用什么样的规则。
有时你想要在两个类型之间建立某种类型的向上转型关系,这正是通配符所允许的:
List<? extends Fruit> fList = new ArrayList<Apple>();
但是此时就丢失了向其中传递任何对象的能力,甚至是Object:
fList.add(new Apple());//Error
fList.add(new Fruit());//Error
fList.add(new Object());//Error
fList.add(null);//可以,但是没有意义
List
public class Holder<T>{
private T value;
public Holder(){
}
public Holder(T val){
value = val;
}
public void set(T val){
value = val;
}
public T get(){
return value;
}
}
Holder<? extends Fruit> fruit = new Holder<Apple>(new Apple());
创建了一个Holder,可以将其向上转型为Holder
static void writeTo(List<? super Apple> apples){
apples.add(new Apple());
apples.add(new Jonathan());
apples.add(new Fruit());//Error
}
- 15.10.3 无界通配符
无界通配符
ArrayList fList = new ArrayList<Fruit>();
fList.add(new Apple("an apple"));
fList.add(new Fruit());
fList.add(new Object());
//fList.add(null);
for(Object f : fList){
System.out.println(f.getClass().getSimpleName());
}
Apple apple = (Apple) fList.get(0);
System.out.println(apple.getAppleName());
完全可以正常运行,可以添加,可以强制类型转换后(get()返回的是Object)调用它的方法。
ArrayList<Fruit> fList = new ArrayList();
可以是任何,限制跟普通的new ArrayList一样。
public class Wildcards {
static void rawArgs(Holder holder, Object arg){
// holder.set(arg);//unchecked warning
// holder.set(new Wildcards());//same warning
//OK, 但是类型信息丢失了
Object obj = holder.get();
}
static void unboundedArg(Holder<?> holder, Object arg){
// holder.set(arg);//Error.Capture of ? cannot be applied to objec
// holder.set(new Wildcards());//same error
//OK, 但是类型信息丢失了
Object object = holder.get();
}
static <T> T exact1(Holder<T> holder){
T t = holder.get();
return t;
}
static <T> T exact2(Holder<T> holder, T arg){
holder.set(arg);
T t = holder.get();
return t;
}
static <T> T wildSubtype(Holder<? extends T> holder, T arg){
// holder.set(arg);//Error capture of ? extends T cannot be applied to T
T t = holder.get();
return t;
}
static <T> void wildSupertype(Holder<? super T> holder, T arg){
holder.set(arg);
// T t= holder.get();//? super T 不是T
Object obj = holder.get();
}
public static void main(String[] args){
Holder raw = new Holder<Long>();
//Or
raw = new Holder();
Holder<Long> qualified = new Holder<>();
Holder<?> unbounded = new Holder<Long>();
Holder<? extends Long> bounded = new Holder<Long>();
Long lng = 1L;
rawArgs(raw, lng);
rawArgs(qualified, lng);
rawArgs(unbounded, lng);
rawArgs(bounded, lng);
unboundedArg(raw, lng);
unboundedArg(qualified, lng);
unboundedArg(unbounded, lng);
unboundedArg(bounded, lng);
Object ri = exact1(raw);//unchecked warning
Long r2 = exact1(qualified);
Object r3 = exact1(unbounded);//Must return Object
Long r4 = exact1(bounded);
Long r5 = exact2(raw, lng);//unchecked warning,from Holder to Holder<Long>
Long r6 = exact2(qualified, lng);
// Long r7 = exact2(unbounded, lng);//Error, (Holder<T>, T) cannot be applied to (Holder<capture of ?>, Long)
// Long r8 = exact2(bounded, lng);//Error, (Holder<T>, T) cannot be applied to (Holder<capture of ? extends Long>, Long)
Long r9 = wildSubtype(raw, lng);//unchecked warning
Long r10 = wildSubtype(qualified, lng);
//OK, 但是只能返回Object
Object r11 = wildSubtype(unbounded, lng);
Long r12 = wildSubtype(bounded, lng);
wildSubtype(raw, lng);//unchecked warning,from Holder to Holder<Long>
wildSupertype(qualified, lng);
// wildSupertype(unbounded, lng);//Error:(Holder<? super T>, T>) cannot be applied to (Holder<capture of ?>, Long);
// wildSupertype(bounded, lng);//Error:(Holder<? super T>, T>) cannot be applied to (Holder<capture of ? extends Long>, Long);
}
}
上面的示例中包含了各种Holder作为参数的用法,它们都具有不同的形式,包括原生类型,具体的类型参数以及无界通配符参数。
总结如下:
1. 只要使用了原生类型,都会放弃编译期的检查,在rawArgs()中,可以将任何类型的对象传递给set(),这个对象会被向上转型为Object。
2. 在unboundedArg()中可以看出
public class CaptureConversion {
static <T> void f1(Holder<T> holder){
T t = holder.get();
System.out.println(t.getClass().getSimpleName());
}
static void f2(Holder<?> holder){
f1(holder);
}
public static void main(String[] args){
Holder raw = new Holder<Integer>(1);
f1(raw);//有警告
f2(raw);//无警告
Holder rawBasic = new Holder();
rawBasic.set(new Object());//警告
f2(rawBasic);//无警告
Holder<?> wildcard = new Holder<>(1.0);
f2(wildcard);
}
}
output//
Integer
Integer
Object
Double
最后一个是根据(1.0)判断的,如果换成了1.0f,那么就会输出Float。
此处,f1()中的类型参数都是确切的,没有通配符或者边界。在f2()中,Holder参数是一个无界通配符,因此它看起来是未知的。但是,在f2()中,f1()被调用,而f1()需要一个已知参数。这里所发生的的是:参数类型在调用f2()的过程中被捕获。
- 15.11.2 实现参数化接口
一个类不能实现同一个泛型接口的两种变体,由于擦除的原因,这两个变体会成为相同的接口:
interface Payable<t>{}
class Employee implements Payable<Employee> {}
//不能编译
class Hourly extends Employee implements Payable<Hourly> {}
如果从Payable的两种用法中都移除掉泛型参数,这段代码就可以编译。
- 15.11.4 重载
public class UseList<W,T>{
void f(List<T> t){}
void f(List<W> w){}
}
由于擦除的原因,重载方法将产生相同的类型签名,因此必须提供明显有区别的方法名,f1(),f2()。
- 15.12 自限定的类型
class SelfBounded<T extends SelfBounded<T>>{}
基类用导出类替代其参数,这意味着泛型基类变成了一种其所有导出类的公共的模板。
class A extends SelfBounded<A> {}
class B extends SelfBounded<A> {}//也行
class C extends SelfBounded<B> {}//Error,B不满足T extends SelfBound<T>(T一致)
自限定的参数的意义:它可以保证类型参数必须与正在被定义的类相同,即这个类所用的类型参数将与使用这个参数的类具有相同的基类型。