数据结构 Java数据结构 --- 泛型

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泛型

1. 泛型类的定义

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
}

1.2 案例

class MyArray<T> {
    public T[] object = (T[]) new Object[10];
    
    public void set(int pos,T val){
        object[pos] = val;
    }
    
    public T get(int pos){
        return object[pos];
    }
}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray<String> myArray = new MyArray<>();
        myArray.set(0,"abc");
        String str = myArray.get(0);
        
        MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
        myArray1.set(1,20);
        int a = myArray1.get(1);
    }
}

注:

  1. 类名后的 代表占位符，表示当前类是一个泛型类
    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

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

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

注：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

小结：

  1. 泛型是将数据类型参数化，进行传递
  2. 使用 表示当前类是一个泛型类。
  3. 泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换

3. 泛型如何编译的

3.1 擦除机制

通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object。

在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：擦除机制

3.2 为什么不能实例化泛型类型数组

class MyArray<T> {
    public T[] array = (T[])new Object[10];
    public T getPos(int pos) {
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,T val) {
        this.array[pos] = val;
    }
    public T[] getArray() {
        return array;
    }
}
    public static void main(String[] args) {
        MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
        Integer[] strings = myArray1.getArray();
    }

编译报错:
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;at TestDemo.main(TestDemo.java:31)

原因：替换后的方法为：将Object[]分配给Integer[]引用，程序报错。

数组和泛型之间的一个重要区别是它们如何强制执行类型检查。
具体来说，数组在运行时存储和检查类型信息。然而，泛型在编译时检查类型错误。
通俗讲就是：返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Intefer类型的数组，编译器认为是不安全的。

4. 泛型的上界

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 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

了解： 没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

4.3 复杂示例

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

E必须是实现了Comparable接口的

案例:

// 写一个泛型类, 求出数组中的最大值
class Alg<T extends Comparable<T>> {
    public T findMax(T[] array){
        T max = array[0];
        for (int i = 1; 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};
        System.out.println(alg.findMax(array));
    }
}

5. 泛型方法

5.1 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) { ... }

5.2 示例

public class Util {
	//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
	public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
		E t = array[i];
		array[i] = array[j];
		array[j] = t;
	}
}

5.3 使用示例

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

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

6. 泛型中的父子类关系

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

7. 通配符

? 用于在泛型的使用，即为通配符

7.1 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<Student> 也应该是 List<Person> 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. 或者我们可以这样理解：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。

示例：假设有个list，输出list当中的数据

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);
        }
    }
}

此时print1的参数是T，此时的T一定是将来指定的一个泛型参数。
print2中使用了统配符，和print1相比，此时传入print2的，具体是什么数据类型，我们是不清楚的。这就是通配符。

7.2 通配符上界

语法：

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

示例1

// 可以传入类型实参是 Number 子类的任意类型的 MyArrayList
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>());

示例2：假设有如下关系

Animal
Cat extends Animal
Dog extends Animal

根据以上的关系,写一个方法,打印一个存储了Animal或者Animal子类的list。

代码1：

public static void print(List<Animal> list) {

}

这样不可以解决问题，因为print的参数类型是 List<Animal> list ,就不能接收 List<Cat> list。

代码2：

public static <T extends Animal> void print2(List<T> list) {
	for (T animal : list) {
		System.out.println(animal);
	}
}

此时T类型是Animal的子类或者自己。该方法可以实现

代码3：通配符实现

public static void print3(List<? extends Animal> list) {
	for (Animal ani : list) {
		System.out.println(ani);//调用谁的toString 方法？
	}
}

该方法也可以达到效果。

区别是什么？
1、对于泛型实现的print2方法， <T extends Animal> 对T进行了限制，只能是Animal的子类
比如：传入Cat，那么类型就是Cat
2、对于通配符实现的print3方法，首先不用再static后使用尖括号，其次相当于对Animal进行了规定，允许 你传入Animal的子类。具体哪个子类，此时并不清楚
比如：传入了Cat，实际上声明的类型是Animal，使用多态才能调用Cat的toString方法

7.3 通配符的上界-父子类关系

// 需要使用通配符来确定父子类型
MyArrayList<? extends Number> 是 MyArrayList<Integer>或MyArrayList<Double>的父类类型
MyArrayList<?> 是MyArrayList<? extends Number> 的父类型

7.4 通配符的上界-特点

对于这个代码，我们思考：是否可以对这个List进行写入？
答案不可以！

ArrayList<Integer> arrayList1 = new ArrayList<>();
ArrayList<Double> arrayList2 = new ArrayList<>();
List<? extends Number> list = arrayList1;
//list.add(1,1);//报错，此时list的引用的子类对象有很多，再添加的时候，任何子类型都可以，为了安全，java不让这样进行添加操作。
Number a = list.get(0);//可以通过
Integer i = list.get(0);//编译错误，只能确定是Number子类

通配符的上界 适合-读取数据****不适合-写入数据

7.5 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>());
MyArrayList<? super Integer> 是 MyArrayList<Integer>的父类类型
MyArrayList<?> 是 MyArrayList<? super Integer>的父类类型

7.6 通配符下界-父子类关系

MyArrayList<? super Integer> 是 MyArrayList<Integer>的父类类型
MyArrayList<?> 是 MyArrayList<? super Integer>的父类类型

7.7 通配符下界-特点

对于这个代码，我们思考：是否可以对这个 arrayList1进行读取？

class Person{
    
}
class Student extends Person{
    
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<? super Person> arrayList1 = new ArrayList<Person>();
        //ArrayList<? super Person> arrayList2 = new ArrayList<Student>();//这里只能引用Person或者Person的父类类型
        arrayList1.add(new Person());//添加元素时,只要添加的元素的类型是Person或者Person的子类就可以
        arrayList1.add(new Student());
        Student s = arrayList1.get(0);//error 因为不知道读取到的是哪个子类 
        Object s = arrayList1.get(0);//可以
    }
}

答案不可以！
因为添加元素的时候，我们知道 arrayList1 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，你知道是读取到的是哪个子类吗？

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