浅谈Java泛型与泛型通配符使用场景与优缺点

1. 泛型概述

泛型为JDK1.5之后sun公司推出的新功能,泛型可以消除源代码中的许多强制类型转换,泛型对于数据类型的操作起到了一定的规范作用,编译器通过使用泛型定义的变量的类型限制,可以提前进行类型验证,提高了 Java 程序的类型安全。没有泛型,这些验证就只存在于程序员的头脑中。

@Test
public void fun() {
    ArrayList arr = new ArrayList(); //没有使用泛型定义的集合
    arr.add(1);
    arr.add(" Hello ");

    //编译器并不能发现下面代码有错,但是JVM运行时就会抛出ClassCastException类型转换异常   
    String s = (String)arr.get(0); 
    s.trim(); 
}
2. 泛型为什么是语法糖?

sun公司推出泛型后,编译器并未强制要求使用泛型类时明确定义泛型,只是会出现黄色警告线。即使使用泛型类明确定义泛型后,编辑器也会进行类型擦除,也就是说,JVM根本不认识泛型!
如果不进行类型擦除,那么许多JDK1.5之前的代码将不会被兼容,所以使用语法糖的方式保持兼容性,但是语法糖也带来了许多的弊端。

3.1 语法糖的弊端引入之一(数组与集合进行PK)

数组与集合进行PK,数组说,我可以使用多态进行定义

@Test
public void show() {
    Object[] arr = new String[2];
    arr[0] = "hello";
    arr[1] = 1; //语法没问题,编辑不出错,运行会抛出ArrayStoreException数组错误类型存储异常
}

集合也想使用泛型这样做,但是一旦集合允许,对于下一步的操作list.add(1);,JVM是没有办法抛出异常的,因为泛型是语法糖,编译器会进行类型擦除,JVM并不认识泛型!
所以在编译阶段就不允许此语法存在,使用泛型前后必须保持类型一致。

@Test
public void show2() {
    ArrayList<Object> list = new ArrayList<String>();//此处编译出错
    list.add("hello")
    // list.add(1);
}
3.2 语法糖的弊端引入之二(形式参数)

以下代码为例,当泛型作为形参使用时,如果传入的参数为new ArrayList<Number>(),相当于ArrayList<Integer> arr = new ArrayList<Number>(),由于使用泛型前后必须保持类型一致,所以传入的实际参数只能是new ArrayList<Integer>()

public void method(ArrayList<Integer> arr) { 
}
@Test
public void show() {    
    ArrayList<Integer> arr1 = new ArrayList<Integer>();
    ArrayList<Number> arr2 = new ArrayList<Number>();
        
    method(arr1);
    method(arr2);//此处编译出错
}
4. 泛型通配符的引入

如果上面的代码,还需要传入Number类型的泛型呢?先抛开方法的通用性不说,想个解决办法吧,要不试试方法重载吧?很尴尬的事情出现了,由于泛型是语法糖,编译结束后会进行类型擦除, 我们眼中的重载的方法在JVM眼中根本就是一个方法!

public void method(ArrayList<Integer> arr) {  //编译出错
}
public void method(ArrayList<Number> arr) {  //编译出错
}

于是,sun公司的天才们推出了一种新的语法 ---- 泛型通配符,泛型通配符的出现解决了方法的复用性的问题,尤其对于泛型作为形参使用时,但其本身还是存在一些问题。

public void method(ArrayList<?> arr) { 
}
5.1 无界泛型通配符弊端

当无界泛型通配符作为形参时,作为调用方,并不限定传递的实际参数类型。但是,在方法内部,泛型类的参数和返回值为泛型的方法,不能使用!
泛型类ArrayList<T>只有在创建对象时才会指定泛型为何种类型,但是在method方法声明的局部变量arr,指定的泛型为?,所对应的T get(int index)boolean add(T t)方法的T均为?,即为任意类型,所以方法失效。

public void method(ArrayList<?> arr) {

    Stirng s = arr.get(0);//编译出错
    arr.add("hello");//编译出错

}
@Test
public void show() {    
    ArrayList<Integer> arr1 = new ArrayList<Integer>();
    ArrayList<Number> arr2 = new ArrayList<Number>();       
    method(arr1);
    method(arr2);
}
5.2 子类限定泛型通配符弊端

// 注:Integer类被final修饰,不能有子类,以下的代码仅为举例说明。
为了解决上面的问题,出现另一种语法----子类限定泛型通配符,在方法调用时,只能传递其本身或其子类,调用方出现了一定的局限性,但是上帝关闭了一扇门,一定还打开了另一扇窗~~在方法内部,泛型类的返回值为泛型的方法,可以使用了。
method方法声明的局部变量arr,指定的泛型为? extends Integer,在调用方法时,ArrayList<T>中的T一定是Integer对象或者Integer对象的子类。
对于T get(int index),返回的是Integer对象或者Integer对象的子类,使用Integer对象进行接收,父类引用指向子类对象。
对于boolean add(T t),要求传入的参数是Integer或者Integer的子类,所以并不能传递Integer对象。

public void method(ArrayList<? extends Integer> arr) {

    Integer i = arr.get(0);
    arr.add(123);//编译出错

}
@Test
public void show() {    
    ArrayList<Integer> arr1 = new ArrayList<Integer>();
    ArrayList<Number> arr2 = new ArrayList<Number>();       
    method(arr1);
    method(arr2);//编译出错
}
5.3 父类限定泛型通配符弊端

父类限定泛型通配在调用方处,只能传递其本身或其父类,在方法内部,泛型类的参数列表为泛型的方法,可以使用了。
method方法声明的局部变量arr,指定的泛型为? super Integer,在调用方法时,ArrayList<T>中的T一定是Integer对象或者Integer对象的父类。
对于T get(int index),返回的是Integer对象或者Integer对象的父类,不能使用Integer对象进行接收。
对于boolean add(T t),要求传入的参数是Integer对象或者Integer对象的父类,传入Integer对象,父类引用指向子类对象,多态原理。

public void method(ArrayList<? super Integer> arr) {

    Integer i = arr.get(0);//编译出错
    arr.add(123);

}
@Test
public void show() {
    ArrayList<Integer> arr1 = new ArrayList<Integer>();
    ArrayList<Number> arr2 = new ArrayList<Number>();       
    method(arr1);
    method(arr2);
}
6. 总结

在定义泛型类作为方法的形参时,有以下几种情况:
1:仅使用泛型,而不使用泛型通配符。public void add(ArrayList<String> arr){}
实际参数只能传入定义的变量的限制的数据类型。
2:使用无界泛型通配符,public void add(ArrayList<?> arr){}
泛型类的参数和返回值为泛型的方法,不能使用。
3:使用子类限定泛型通配符,public void add(ArrayList<? extends Integer> arr){}
泛型类的参数列表为泛型的方法不能使用
4:使用父类限定泛型通配符,public void add(ArrayList<? super Integer> arr){}
泛型类的返回值为泛型的方法不能使用
在定义方法时,还需要根据实际情况进行具体分析。

import java.util.ArrayList;
public class Demo<T> {
    T t;
    //针对第一种情况
    public void show1(ArrayList<T> arr) {
    }
    //针对第二种情况
    public void show2(ArrayList<?> arr) {
    }
    //针对第三种情况
    public void show3(ArrayList<? extends T> arr) {
        T t = arr.get(0);
    }
    //针对第四种情况
    public void show4(ArrayList<? super T> arr) {
        arr.add(t);
    }
}
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