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Java 范型攻略篇

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在已发布的Java1.4中在核心代码库中增加了许多新的API(如Loging,正则表达式，NIO)等，在最新发布的JDK1.5和即将发布的JDK1.6中也新增了许多API，其中比较有重大意义的就是Generics(范型)。

作者：管斌来源：IT专家网 2008年4月15日

关键字：攻略范型 java

　　一.什么是Generics?

　　Generics可以称之为参数类型(parameterized types),由编译器来验证从客户端将一种类型传送给某一对象的机制。如Java.util.ArrayList,编译器可以用Generics来保证类型安全。

　　在我们深入了解Generics之前,我们先来看一看当前的java 集合框架(Collection)。在j2SE1.4中所有集合的Root Interface是Collection

　　Collections example without genericity: Example 1

1 protected void collectionsExample() {
2 ArrayList list = new ArrayList();
3 list.add(new String("test string"));
4 list.add(new Integer(9)); // purposely placed here to create a runtime ClassCastException
5 inspectCollection(list);
6 }
7
8
9 protected void inspectCollection(Collection aCollection) {
10 Iterator i = aCollection.iterator();
11 while (i.hasNext()) {
12 String element = (String) i.next();
13 }
14 }

　　以上的样例程序包含的两个方法，collectionExample方法建立了一个简单的集合类型ArrayList，并在ArrayList中增加了一个String和一个Integer对象.而在inspecCollection方法中，我们迭代这个ArrayList用String进行Cast。我们看第二个方法，就出现了一个问题,Collection在内部用的是Object，而我们要取出Collection中的对象时,需要进行Cast，那么开发者必需用实际的类型进行Cast,像这种向下造型，编译器无

　　法进行检查,如此一来我们就要冒在代码在运行抛出ClassCastException的危险。我们看inspecCollection方法，编译时没有问题，但在运行时就会抛出ClassCastException异常。所以我们一定要远离这个重大的运行时错误

　　二.使用Generics

　　从上一章节中的CassCastException这种异常，我们期望在代码编译时就能够捕捉到,下面我们使用范型修改上一章的样例程序。

　　//Example 2

1 protected void collectionsExample() {
2 ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
3 list.add(new String("test string"));
4 // list.add(new Integer(9)); this no longer compiles
5 inspectCollection(list);
6 }
7
8
9 protected void inspectCollection(Collection<String> aCollection) {
10 Iterator<String> i = aCollection.iterator();
11 while(i.hasNext()) {
12 String element = i.next();
13 }
14 }

　　从上面第2行我们在创建ArrayList时使用了新语法，在JDK1.5中所有的Collection都加入了Generics的声明。例:

　　//Example 3

1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> {
2 // details omitted...
3 public void add(E element) {
4 // details omitted
5 }
6 public Iterator<E> iterator() {
7 // details omitted
8 }
9 }

　　这个E是一个类型变量，并没有对它进行具体类型的定义,它只是在定义ArrayList时的类型占位符,在Example 2中的我们在定义ArrayList的实例时用String绑定在E上,当我们用add(E element)方法向ArrayList中增加对象时, 那么就像下面的写法一样: public void add(String element);因为在ArrayList所有方法都会用String来替代E,无论是方法的参数还是返回值。这时我们在看Example 2中的第四行，编译就会反映出编译错误。

所以在java中增加Generics主要的目的是为了增加类型安全。

　　通过上面的简单的例子我们看到使用Generics的好处有:

　　1.在类型没有变化时，Collection是类型安全的。
　　2.内在的类型转换优于在外部的人工造型。
　　3.使Java 接口更加强壮,因为它增加了类型。
　　4.类型的匹配错误在编译阶段就可以捕捉到，而不是在代码运行时。

　　受约束类型变量

　　虽然许多Class被设计成Generics，但类型变量可以是受限的

public class C1<T extends Number> { }
public class C2<T extends Person & Comparable> { }

　　第一个T变量必须继承Number，第二个T必须继承Person和实现Comparable

　　三.Generics 方法

　　像Generics类一样，方法和构造函数也可以有类型参数。方法的参数的返回值都可以有类型参数，进行Generics。

　　//Example 4

1 public <T extends Comparable> T max(T t1, T t2) {
2 if (t1.compareTo(t2) > 0)
3 return t1;
4 else return t2;
5 }

　　这里，max方法的参数类型为单一的T类型，而T类型继承了Comparable，max的参数和返回值都有相同的超类。下面的Example 5显示了max方法的几个约束。

　　//Example 5

1 Integer iresult = max(new Integer(100), new Integer(200));
2 String sresult = max("AA", "BB");
3 Number nresult = max(new Integer(100), "AAA"); // does not compile

　　在Example 5第1行参数都为Integer，所以返回值也是Integer，注意返回值没有进行造型。

　　在Example 5第2行参数都为String，所以返回值也是String，注意返回值没有进行造型。以上都调用了同一个方法。

　　在Example 5第3行产生以下编译错误:

Example.java:10: incompatible types
found : java.lang.Object&java.io.Serializable&java.lang.Comparable<?>
required: java.lang.Number
Number nresult = max(new Integer(100), "AAA");

　　这个错误发生是因为编译器无法确定返回值类型，因为String和Integer都有相同的超类Object,注意就算我们修正了第三行，这行代码在运行仍然会报错，因为比较了不同的对象。

　　四.向下兼容

　　任何一个新的特色在新的JDK版本中出来后，我们首先关心的是如何于以前编写的代码兼容。也就是说我们编写的Example 1程序不需要任何的改变就可以运行,但是编译器会给出一个"ROW TYPE"的警告。在JDK1.4中编写的代码如何在JVM1.5中完全兼容运行,我们要人工进行一个:Type erasure处理过程

　　五.通配符

　　//Example 6

List<String> stringList = new ArrayList<String>(); //1
List<Object> objectList = stringList ;//2
objectList .add(new Object()); // 3
String s = stringList .get(0);//4

乍一看，Example 6是正确的。但stringList本意是存放String类型的ArrayList,而objectList中可以存入任何对象，当在第3行进行处理时，stringList也就无法保证是String类型的ArrayList,此时编译器不允许这样的事出现，所以第3行将无法编译。

//Example 7

void printCollection(Collection<Object> c)
{ for (Object e : c) {
System.out.println(e);
}}

Example 7的本意是打印所有Collection的对象,但是正如Example 6所说的，编译会报错，此时就可以用通配符“？”来修改Example 7

//Example 8

void printCollection(Collection<?> c)
{ for (Object e : c) {
System.out.println(e);
}}

Example 8中所有Collection类型就可以方便的打印了

有界通配符 <T extends Number>(上界) <T super Number>(下界)

六.创建自己的范型

以下代码来自http://www.java2s.com/ExampleCode/Language-Basics

1.一个参数的Generics

//Example 9(没有使用范型)
class NonGen {
  Object ob; // ob is now of type Object
  // Pass the constructor a reference to
  // an object of type Object
  NonGen(Object o) {
    ob = o;
  }
  // Return type Object.
  Object getob() {
    return ob;
  }
  // Show type of ob.
  void showType() {
    System.out.println("Type of ob is " +
                       ob.getClass().getName());
  }
}
// Demonstrate the non-generic class.
public class NonGenDemo {
  public static void main(String args[]) {
    NonGen iOb;
    // Create NonGen Object and store
    // an Integer in it. Autoboxing still occurs.
    iOb = new NonGen(88);
    // Show the type of data used by iOb.
    iOb.showType();
    // Get the value of iOb.
    // This time, a cast is necessary.
    int v = (Integer) iOb.getob();
    System.out.println("value: " + v);
    System.out.println();
    // Create another NonGen object and
    // store a String in it.
    NonGen strOb = new NonGen("Non-Generics Test");
    // Show the type of data used by strOb.
    strOb.showType();
    // Get the value of strOb.
    // Again, notice that a cast is necessary.
    String str = (String) strOb.getob();
    System.out.println("value: " + str);
    // This compiles, but is conceptually wrong!
    iOb = strOb;
    v = (Integer) iOb.getob(); // runtime error!
  }
}

//Example 10(使用范型)
class Example1<T>{
private T t;
Example1(T o){
  this.t=o;
  }
T getOb(){
  return t;
}
void ShowObject(){
  System.out.println("对象的类型是："+t.getClass().getName());
}
}
public class GenericsExample1 {
/**
  * @param args
  */
public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  Example1<Integer> examplei=new Example1<Integer>(100);
  examplei.ShowObject();
  System.out.println("对象是："+examplei.getOb());
  Example1<String> examples=new Example1<String>("Bill");
  examples.ShowObject();
  System.out.println("对象是："+examples.getOb());
}
}

我们来看Example 9没有使用范型，所以我们需要进行造型，而Example 10我们不需要任何的造型

2.二个参数的Generics

//Example 11
class TwoGen<T, V> {
   T ob1;
   V ob2;
   // Pass the constructor a reference to
   // an object of type T.
   TwoGen(T o1, V o2) {
     ob1 = o1;
     ob2 = o2;
   }
   // Show types of T and V.
   void showTypes() {
     System.out.println("Type of T is " +
                        ob1.getClass().getName());
     System.out.println("Type of V is " +
                        ob2.getClass().getName());
   }
   T getob1() {
     return ob1;
   }
   V getob2() {
     return ob2;
   }
}
public class GenericsExampleByTwoParam {
/**
  * @param args
  */
public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  TwoGen<Integer, String> tgObj =
       new TwoGen<Integer, String>(88, "Generics");
     // Show the types.
     tgObj.showTypes();
     // Obtain and show values.
     int v = tgObj.getob1();
     System.out.println("value: " + v);
     String str = tgObj.getob2();
     System.out.println("value: " + str);
   }
}

3.Generics的Hierarchy

//Example 12
class Stats<T extends Number> {
   T[] nums; // array of Number or subclass
   // Pass the constructor a reference to
   // an array of type Number or subclass.
   Stats(T[] o) {
     nums = o;
   }
   // Return type double in all cases.
   double average() {
     double sum = 0.0;
     for(int i=0; i < nums.length; i++)
       sum += nums[i].doubleValue();
     return sum / nums.length;
   }
}
public class GenericsExampleByHierarchy {

/**
  * @param args
  */
public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
   Integer inums[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
     Stats<Integer> iob = new Stats<Integer>(inums);
     double v = iob.average();
     System.out.println("iob average is " + v);
     Double dnums[] = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 };
     Stats<Double> dob = new Stats<Double>(dnums);
     double w = dob.average();
     System.out.println("dob average is " + w);
     // This won't compile because String is not a
     // subclass of Number.
//     String strs[] = { "1", "2", "3", "4", "5" };
//     Stats<String> strob = new Stats<String>(strs);
//     double x = strob.average();
//     System.out.println("strob average is " + v);
   }
}

4.使用通配符

//Example 14
class StatsWildCard<T extends Number> {
T[] nums; // array of Number or subclass
// Pass the constructor a reference to
// an array of type Number or subclass.
StatsWildCard(T[] o) {
  nums = o;
}
// Return type double in all cases.
double average() {
  double sum = 0.0;
  for (int i = 0; i < nums.length; i++)
   sum += nums[i].doubleValue();
  return sum / nums.length;
}
// Determine if two averages are the same.
// Notice the use of the wildcard.
boolean sameAvg(StatsWildCard<?> ob) {
  if (average() == ob.average())
   return true;
  return false;
}
}
public class GenericsExampleByWildcard {
/**
  * @param args
  */
public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  Integer inums[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
  StatsWildCard<Integer> iob = new StatsWildCard<Integer>(inums);
  double v = iob.average();
  System.out.println("iob average is " + v);
  Double dnums[] = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 };
  StatsWildCard<Double> dob = new StatsWildCard<Double>(dnums);
  double w = dob.average();
  System.out.println("dob average is " + w);
  Float fnums[] = { 1.0F, 2.0F, 3.0F, 4.0F, 5.0F };
  StatsWildCard<Float> fob = new StatsWildCard<Float>(fnums);
  double x = fob.average();
  System.out.println("fob average is " + x);
  // See which arrays have same average.
  System.out.print("Averages of iob and dob ");
  if (iob.sameAvg(dob))
   System.out.println("are the same.");
  else
   System.out.println("differ.");
  System.out.print("Averages of iob and fob ");
  if (iob.sameAvg(fob))
   System.out.println("are the same.");
  else
   System.out.println("differ.");
}
}

5.使用边界通配符

//Example 15
class TwoD {
  int x, y;
  TwoD(int a, int b) {
    x = a;
    y = b;
  }
}
// Three-dimensional coordinates.
class ThreeD extends TwoD {
  int z;
  ThreeD(int a, int b, int c) {
    super(a, b);
    z = c;
  }
}
// Four-dimensional coordinates.
class FourD extends ThreeD {
  int t;
  FourD(int a, int b, int c, int d) {
    super(a, b, c);
    t = d;
  }
}
// This class holds an array of coordinate objects.
class Coords<T extends TwoD> {
  T[] coords;
  Coords(T[] o) { coords = o; }
}
// Demonstrate a bounded wildcard.
public class BoundedWildcard {
  static void showXY(Coords<?> c) {
    System.out.println("X Y Coordinates:");
    for(int i=0; i < c.coords.length; i++)
      System.out.println(c.coords[i].x + " " +
                         c.coords[i].y);
    System.out.println();
  }
  static void showXYZ(Coords<? extends ThreeD> c) {
    System.out.println("X Y Z Coordinates:");
    for(int i=0; i < c.coords.length; i++)
      System.out.println(c.coords[i].x + " " +
                         c.coords[i].y + " " +
                         c.coords[i].z);
    System.out.println();
  }
  static void showAll(Coords<? extends FourD> c) {
    System.out.println("X Y Z T Coordinates:");
    for(int i=0; i < c.coords.length; i++)
      System.out.println(c.coords[i].x + " " +
                         c.coords[i].y + " " +
                         c.coords[i].z + " " +
                         c.coords[i].t);
    System.out.println();
  }
  public static void main(String args[]) {
    TwoD td[] = {
      new TwoD(0, 0),
      new TwoD(7, 9),
      new TwoD(18, 4),
      new TwoD(-1, -23)
    };
    Coords<TwoD> tdlocs = new Coords<TwoD>(td);
    System.out.println("Contents of tdlocs.");
    showXY(tdlocs); // OK, is a TwoD
//  showXYZ(tdlocs); // Error, not a ThreeD
//  showAll(tdlocs); // Erorr, not a FourD
    // Now, create some FourD objects.
    FourD fd[] = {
      new FourD(1, 2, 3, 4),
      new FourD(6, 8, 14, 8),
      new FourD(22, 9, 4, 9),
      new FourD(3, -2, -23, 17)
    };
    Coords<FourD> fdlocs = new Coords<FourD>(fd);
    System.out.println("Contents of fdlocs.");
    // These are all OK.
    showXY(fdlocs);
    showXYZ(fdlocs);
    showAll(fdlocs);
  }
}

6.ArrayList的Generics

//Example 16
public class ArrayListGenericDemo {
  public static void main(String[] args) {
    ArrayList<String> data = new ArrayList<String>();
    data.add("hello");
    data.add("goodbye");
    // data.add(new Date()); This won't compile!
    Iterator<String> it = data.iterator();
    while (it.hasNext()) {
      String s = it.next();
      System.out.println(s);
    }
  }
}

7.HashMap的Generics

//Example 17
public class HashDemoGeneric {
  public static void main(String[] args) {
    HashMap<Integer,String> map = new HashMap<Integer,String>();
    map.put(1, "Ian");
    map.put(42, "Scott");
    map.put(123, "Somebody else");
    String name = map.get(42);
    System.out.println(name);
  }
}

8.接口的Generics

//Example 18
interface MinMax<T extends Comparable<T>> {
  T min();
  T max();
}
// Now, implement MinMax
class MyClass<T extends Comparable<T>> implements MinMax<T> {
  T[] vals;
  MyClass(T[] o) { vals = o; }
  // Return the minimum value in vals.
  public T min() {
    T v = vals[0];
    for(int i=1; i < vals.length; i++)
      if(vals[i].compareTo(v) < 0) v = vals[i];
    return v;
  }
  // Return the maximum value in vals.
  public T max() {
    T v = vals[0];
    for(int i=1; i < vals.length; i++)
      if(vals[i].compareTo(v) > 0) v = vals[i];
    return v;
  }
}
public class GenIFDemo {
  public static void main(String args[]) {
    Integer inums[] = {3, 6, 2, 8, 6 };
    Character chs[] = {'b', 'r', 'p', 'w' };
    MyClass<Integer> iob = new MyClass<Integer>(inums);
    MyClass<Character> cob = new MyClass<Character>(chs);
    System.out.println("Max value in inums: " + iob.max());
    System.out.println("Min value in inums: " + iob.min());
    System.out.println("Max value in chs: " + cob.max());
    System.out.println("Min value in chs: " + cob.min());
  }
}

9.Exception的Generics

//Example 20
interface Executor<E extends Exception> {
    void execute() throws E;
}
public class GenericExceptionTest {
    public static void main(String args[]) {
        try {
            Executor<IOException> e =
                new Executor<IOException>() {
                public void execute() throws IOException
                {
                    // code here that may throw an
                    // IOException or a subtype of
                    // IOException
                }
            };
            e.execute();
        } catch(IOException ioe) {
            System.out.println("IOException: " + ioe);
            ioe.printStackTrace();
        }
    }
}

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