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[導入]Java范型淺析

(轉載自:[url]http://blog.csdn.net/andycpp/archive/2007/08/17/1748731.aspx[/url])
寫的很好,保存一下.

從jdk1.5開始，Java中開始支持范型了。范型是一個很有用的編程工具，給我們帶來了極大的靈活性。在看了《java核心編程》之后，我小有收獲，寫出來與大家分享。
所謂范型，我的感覺就是，不用考慮對象的具體類型，就可以對對象進行一定的操作，對任何對象都能進行同樣的操作。這就是靈活性之所在。但是，正是因為沒有考慮對象的具體類型，因此一般情況下不可以使用對象自帶的接口函數，因為不同的對象所攜帶的接口函數不一樣，你使用了對象A的接口函數，萬一別人將一個對象B傳給范型，那么程序就會出現錯誤，這就是范型的局限性。所以說，范型的最佳用途，就是用于實現容器類，實現一個通用的容器。該容器可以存儲對象，也可以取出對象，而不用考慮對象的具體類型。因此，在學習范型的時候，一定要了解這一點，你不能指望范型是萬能的，要充分考慮到范型的局限性。下面我們來探討一下范型的原理以及高級應用。首先給出一個范型類：

public class Pair<T>

{

public Pair() { first = null; second = null; }

public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; }

public T getFirst() { return first; }

public T getSecond() { return second; }

public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }

public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }

private T first;

private T second;

}

我們看到，上述Pair類是一個容器類（我會多次強調，范型天生就是為了容器類的方便實現），容納了2個數據，但這2個數據類型是不確定的，用范型T來表示。關于范型類如何使用，那是最基本的內容，在此就不討論了。
下面我們來討論一下Java中范型類的實現原理。在java中，范型是在編譯器中實現的，而不是在虛擬機中實現的，虛擬機對范型一無所知。因此，編譯器一定要把范型類修改為普通類，才能夠在虛擬機中執行。在java中，這種技術稱之為“擦除”，也就是用Object類型替換范型。上述代碼經過擦除后就變成如下形式：

public class Pair

{

public Pair(Object first, Object second)

{

this.first = first;

this.second = second;

}

public Object getFirst() { return first; }

public Object getSecond() { return second; }

public void setFirst(Object newValue) { first = newValue; }

public void setSecond(Object newValue) { second = newValue; }

private Object first;

private Object second;

}

大家可以看到，這是一個普通類，所有的范型都被替換為Object類型，他被稱之為原生類。每當你用一個具體類去實例化該范型時，編譯器都會在原生類的基礎上，通過強制約束和在需要的地方添加強制轉換代碼來滿足需求，但是不會生成更多的具體的類（這一點和c++完全不同）。我們來舉例說明這一點：

Pair<Employee> buddies = new Pair<Employee>();

//在上述原生代碼中，此處參數類型是Object，理論上可以接納各種類型，但編譯器通過強制約束

//你只能在此使用Employee（及子類）類型的參數，其他類型編譯器一律報錯

buddies.setFirst(new Employee("張三"));

//在上述原生代碼中，getFirst()的返回值是一個Object類型，是不可以直接賦給類型為Employee的buddy的

//但編譯器在此做了手腳，添加了強制轉化代碼，實際代碼應該是Employee buddy = (Employee)buddies.getFirst();

//這樣就合法了。但編譯器做過手腳的代碼你是看不到的，他是以字節碼的形式完成的。

Employee buddy = buddies.getFirst();

下面我們再來考察一個更復雜的情況，如果我們的Pair類要保證第二個屬性一定要大于第一個屬性，該如何做？這就涉及到兩個屬性的比較，但是這2個屬性類型未知，可以比較嗎？我們前面也講過，一般情況下不要涉及類型的具體信息。但是現在要比較2個屬性，不得不涉及類型的具體信息了。Java還是考慮到了這一點，那就是，范型類可以繼承自某一個父類，或者實現某個接口，或者同時繼承父類并且實現接口。這樣的話，就可以對類型調用父類或接口中定義的方法了。代碼如下：

public class Pair<T extends Comparable>

{

public boolean setSecond(T newValue) {

boolean flag = false;

If(newValue.compareTo(first)>0) {

second = newValue;

flag = true;

}

return flag;

}

private T first;

private T second;

}

我們看到，上面的范型T被我們添加了一個約束條件，那就是他必須實現Comparable接口，這樣的話，我們就可以對范型T使用接口中定義的方法了，也就可以實現2個元素大小的比較。有人可能要問了，實現一個接口不是用implements嗎？上面怎么用extends呢？？為了簡化范型的設計，無論是繼承類還是實現接口，一律使用extends關鍵字。這是規定，沒辦法，記住就行了。若同時添加多個約束，各個約束之間用“&”分隔，比如：public class Pair<T extends Comparable & Serializable>。那么編譯器是如何處理這種情況呢？前面講過，范型類最終都會被轉化為原生類。在前面沒有添加約束的時候，編譯器將范型通通替換為Object；而增加了約束之后，通通用第一個約束來替換范型（上面的代碼就會用Comparable來替換所有范型），當需要用到其他約束中定義的方法的時候，通過插入強制轉化代碼來實現。在此就不給出具體的例子了。
下面我們來看看最后一個知識點，定義一個函數，該函數接受一個范型類作為參數。首先讓我們來看一個最簡單的情況，參數是一個實例化的范型類：

public static void test(ArrayList<Number> l) {

l.add(new Integer(2));

}

上述代碼中，形參list的元素被實例化為Number類型。在使用該函數的時候我們能不能傳入一個元素為Integer的list呢？看看下面代碼合法嗎？

ArrayList<Integer> l = new ArrayList<Integer>();

test(l); //此處編譯器會報錯！！

答案上面已經給出了：不行！對于這種形參，實參的類型必須和他完全一致，即也應該是一個元素為Number的list才可以，其他的實參一律不行。這是為什么呢？Integer不是Number的子類嗎？子類的對象傳遞給父類的引用，不可以嗎？這里我們就要注意了，Integer確實是Number的子類，但是，ArrayList<Integer>并不是ArrayList<Number>的子類，二者之間沒有任何的繼承關系！！因此這樣傳遞參數是不允許的。如果允許的話，會出現什么問題嗎？當然會，我們對test函數重新定義一下：

public static void test(ArrayList<Number> l) {

l.add(new Float(2));

}

大家可以看到，在函數內部，我們把Float類型的元素插入到鏈表中。因為鏈表是Number類型，這條語句沒問題。但是，如果實參是一個Integer 類型的鏈表，他能存儲Float類型的數據嗎？？顯然不能，這樣就會造成運行時錯誤。于是，編譯器干脆就不允許進行這樣的傳遞。
通過分析我們看到，出錯的可能性只有一個：在向容器類添加內容的時候可能造成類型不匹配。那么有些人可能會有這種要求：“我保證一定不對容器添加內容，我非常希望能夠將一個Integer類（Number類的子類）組成的鏈表傳遞進來”。Sun的那幫大牛們當然會考慮到這種訴求，這樣的功能是可以實現的，并且還有兩種方式呢，看下面代碼：

// 1.在定義方法的時候使用Wildcard（也就是下述代碼中的問號）。

public static void test1(ArrayList<? extends Number> l) {

Integer n = new Integer(45);

Number x = l.get(0); //從鏈表中取數據是允許的

l.add(n); //錯誤！！往鏈表里面插入數據是被編譯器嚴格禁止的！！

}

// 2.定義一個范型方法。代碼如下：

public static <T extends Number> void test2(ArrayList<T> l) {

Number n = l.get(0);

T d = l.get(0);

l.add(d); //與上面的方法相比，插入一個范型數據是被允許的，相對靈活一些

l.add(n); //錯誤！！只可以插入范型數據，絕不可插入具體類型數據。

}

按照上述代碼的寫法，只要我們對形參添加了一定的約束條件，那么我們在傳遞實參的時候，對實參的嚴格約束就會降低一些。上述代碼都指定了一個類 Number，并用了extends關鍵字，因此，在傳遞實參的時候，凡是從Number繼承的類組成的鏈表，均可以傳遞進去。但上面代碼的注釋中也說的很清楚，為了不出現運行時錯誤，編譯器會對你調用的方法做嚴格的限制：凡是參數為范型的方法，一律不需調用！！ l.get(0)是合法的，因為參數是整型而不是范型；l.add(x)就不合法，因為add函數的參數是范型。但是定義一個范型方法還是有一定靈活性的，如果傳入的數據也是范型，編譯器還是認可的，因為范型對范型，類型安全是可以保證的。
從上述代碼可以看出，定義一個范型方法要比Wildcard稍微靈活一些，可以往鏈表中添加T類型的對象，而Wildcard中是不允許往鏈表中添加任何類型的對象的。那么我們還要Wildcard干什么呢？Wildcard還是有他存在的意義的，那就是，Wildcard支持另外一個關鍵字super，而范型方法不支持super關鍵字。換句話說，如果你要實現這樣的功能：“傳入的參數應該是指定類的父類”，范型方法就無能為力了，只能依靠Wildcard來實現。代碼如下：

public static void test5(ArrayList<? super Integer> l) {

Integer n = new Integer(45);

l.add(n); //與上面使用extends關鍵字相反，往鏈表里面插入指定類型的數據是被允許的。

Object x = l.get(0); //從鏈表里取出一個數據仍然是被允許的，不過要賦值給Object對象。

l.add(x); //錯誤！！將剛剛取出的數據再次插入鏈表是不被允許的。

}

這種實現方式的特點我們前面已經說過了，就是對實參的限制更改為：必須是指定類型的父類。這里我們指定了Integer類，那么實參鏈表的元素類型，必須是Number類及其父類。下面我們重點討論一下上述代碼的第四條語句，為什么將剛剛取出的數據再次插入鏈表不被允許？？道理很簡單，剛剛取出的數據被保存在一個Object類型的引用中，而鏈表的add方法只能接受指定類型Integer及其子類，類型不匹配當然不行。有些人可能立刻會說，我將他強制轉化為Integer類（即l.add((Integer)x); ），編譯器不就不報錯了嗎？確實，經過強制轉化后，編譯器確實沒意見了。不過這種強制轉化有可能帶來運行時錯誤。因為你傳入的實參，其元素類型是 Integer的父類，比如是Number。那么，存儲在該鏈表中的第一個數據，很有可能是Double或其他類型的，這是合法的。那么你取出的第一個元素x也會是Double類型。那么你把一個Double類型強制轉化為Integer類型，顯然是一個運行時錯誤。
難道“把取出的元素再插入到鏈表中”這樣一個功能就實現不了嗎？當然可以，不過不能直接實現，要借助范型函數的幫忙，因為在范型函數中，剛剛取出的元素再存回去是不成問題的。定義這樣一個范型函數，我們稱之為幫助函數。代碼如下：

//幫助函數

public static <T>void helperTest5(ArrayList<T> l, int index) {

T temp = l.get(index);

l.add(temp);

}

//主功能函數

public static void test5(ArrayList<? super Integer> l) {

Integer n = new Integer(45);

l.add(n);

helperTest5(l, 0); //通過幫助類，將指定的元素取出后再插回去。

}

上述兩個函數結合的原理就是：利用Wildcard的super關鍵字來限制參數的類型（范型函數不支持super，要是支持的話就不用這么麻煩了），然后通過范型函數來完成取出數據的再存儲。
以上就是我學習范型的所有心得。下面再把《Java核心編程》中列出的使用范型時的注意事項列出來（各種操作被禁止的原因就不具體說明了），供大家參考：

//1、不可以用一個本地類型（如int float）來替換范型

//2、運行時類型檢查，不同類型的范型類是等價的（Pair<String>與Pair<Employee>是屬于同一個類型Pair），

// 這一點要特別注意，即如果a instanceof Pair<String>==true的話，并不代表a.getFirst()的返回值是一個String類型

//3、范型類不可以繼承Exception類，即范型類不可以作為異常被拋出

//4、不可以定義范型數組

//5、不可以用范型構造對象，即first = new T(); 是錯誤的

//6、在static方法中不可以使用范型，范型變量也不可以用static關鍵字來修飾

//7、不要在范型類中定義equals(T x)這類方法，因為Object類中也有equals方法，當范型類被擦除后，這兩個方法會沖突

//8、根據同一個范型類衍生出來的多個類之間沒有任何關系，不可以互相賦值

// 即Pair<Number> p1; Pair<Integer> p2; p1=p2; 這種賦值是錯誤的。

//9、若某個范型類還有同名的非范型類，不要混合使用，堅持使用范型類

// Pair<Manager> managerBuddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo);

// Pair rawBuddies = managerBuddies; 這里編譯器不會報錯，但存在著嚴重的運行時錯誤隱患

文章來源:http://wintys.blog.51cto.com/425414/89225

posted on 2009-03-18 12:02 天堂露珠閱讀(193) 評論(0) 編輯收藏所屬分類: Java

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