java 泛型

1. 概述
在引入範型之前，Java類型分爲原始類型、複雜類型，其中複雜類型分爲數組和類。引入範型後，一個複雜類型
就可以在細分成更多的類型。
例如原先的類型List，現在在細分成List<Object>, List<String>等更多的類型。
注意，現在List<Object>, List<String>是兩種不同的類型，
他們之間沒有繼承關係，即使String繼承了Object。下面的代碼是非法的
List<String> ls = new ArrayList<String>();
List<Object> lo = ls;
這樣設計的原因在於，根據lo的聲明，編譯器允許你向lo中添加任意對象（例如Integer），但是此對象是
List<String>，破壞了數據類型的完整性。
在引入範型之前，要在類中的方法支持多個數據類型，就需要對方法進行重載，在引入範型後，可以解決此問題
（多態），更進一步可以定義多個參數以及返回值之間的關係。
例如
public void write(Integer i, Integer[] ia);
public void write(Double d, Double[] da);
的範型版本爲
public <T> void write(T t, T[] ta);

2. 定義&使用
類型參數的命名風格爲：
推薦你用簡練的名字作爲形式類型參數的名字(如果可能，單個字符)。最好避免小寫字母，這使它和其他的普通
的形式參數很容易被區分開來。
使用T代表類型，無論何時都沒有比這更具體的類型來區分它。這經常見於泛型方法。如果有多個類型參數，我們
可能使用字母表中T的臨近的字母，比如S。
如果一個泛型函數在一個泛型類裏面出現，最好避免在方法的類型參數和類的類型參數中使用同樣的名字來避免混
淆。對內部類也是同樣。

2.1 定義帶類型參數的類
在定義帶類型參數的類時，在緊跟類命之後的<>內,指定一個或多個類型參數的名字，同時也可以對類型參數的取
值範圍進行限定，多個類型參數之間用,號分隔。
定義完類型參數後，可以在定義位置之後的類的幾乎任意地方（靜態塊，靜態屬性，靜態方法除外）使用類型參數，
就像使用普通的類型一樣。
注意，父類定義的類型參數不能被子類繼承。
public class TestClassDefine<T, S extends T> {
....
}

2.2 定義待類型參數方法
在定義帶類型參數的方法時，在緊跟可見範圍修飾（例如public）之後的<>內,指定一個或多個類型參數的名字，
同時也可以對類型參數的取值範圍進行限定，多個類型參數之間用,號分隔。
定義完類型參數後，可以在定義位置之後的方法的任意地方使用類型參數，就像使用普通的類型一樣。
例如：
public <T, S extends T> T testGenericMethodDefine(T t, S s){
...
}
注意：定義帶類型參數的方法，騎主要目的是爲了表達多個參數以及返回值之間的關係。例如本例子中T和S的繼
承關係， 返回值的類型和第一個類型參數的值相同。
如果僅僅是想實現多態，請優先使用通配符解決。通配符的內容見下面章節。
public <T> void testGenericMethodDefine2(List<T> s){
...
}
應改爲
public void testGenericMethodDefine2(List<？> s){
...
}

3. 類型參數賦值
當對類或方法的類型參數進行賦值時，要求對所有的類型參數進行賦值。否則，將得到一個編譯錯誤。

3.1 對帶類型參數的類進行類型參數賦值
對帶類型參數的類進行類型參數賦值有兩種方式
第一聲明類變量或者實例化時。例如
List<String> list;
list = new ArrayList<String>;
第二繼承類或者實現接口時。例如
public class MyList<E> extends ArrayList<E> implements List<E> {...}

3.2 對帶類型參數方法進行賦值
當調用範型方法時，編譯器自動對類型參數進行賦值，當不能成功賦值時報編譯錯誤。例如
public <T> T testGenericMethodDefine3(T t, List<T> list){
...
}
public <T> T testGenericMethodDefine4(List<T> list1, List<T> list2){
...
}

Number n = null;
Integer i = null;
Object o = null;
testGenericMethodDefine(n, i);//此時T爲Number, S爲Integer
testGenericMethodDefine(o, i);//T爲Object, S爲Integer

List<Number> list1 = null;
testGenericMethodDefine3(i, list1)//此時T爲Number

List<Integer> list2 = null;
testGenericMethodDefine4(list1, list2)//編譯報錯

3.3 通配符
在上面兩小節中，對是類型參數賦予具體的值，除此，還可以對類型參數賦予不確定值。例如
List<?> unknownList;
List<? extends Number> unknownNumberList;
List<? super Integer> unknownBaseLineIntgerList;
注意： 在Java集合框架中，對於參數值是未知類型的容器類，只能讀取其中元素，不能像其中添加元素，
因爲，其類型是未知，所以編譯器無法識別添加元素的類型和容器的類型是否兼容，唯一的例外是NULL

List<String> listString;
List<?> unknownList2 = listString;
unknownList = unknownList2;
listString = unknownList;//編譯錯誤

4. 數組範型
可以使用帶範型參數值的類聲明數組，卻不可有創建數組
List<Integer>[] iListArray;
new ArrayList<Integer>[10];//編譯時錯誤

5. 實現原理

5.1. Java範型時編譯時技術，在運行時不包含範型信息，僅僅Class的實例中包含了類型參數的定義信息。
泛型是通過java編譯器的稱爲擦除(erasure)的前端處理來實現的。你可以（基本上就是）把它認爲是一個從源
碼到源碼的轉換，它把泛型版本轉換成非泛型版本。
基本上，擦除去掉了所有的泛型類型信息。所有在尖括號之間的類型信息都被扔掉了，因此，比如說一個
List<String>類型被轉換爲List。所有對類型變量的引用被替換成類型變量的上限(通常是Object)。而且，
無論何時結果代碼類型不正確，會插入一個到合適類型的轉換。
<T> T badCast(T t, Object o) {
return (T) o; // unchecked warning
}
類型參數在運行時並不存在。這意味着它們不會添加任何的時間或者空間上的負擔，這很好。不幸的是，這也意味
着你不能依靠他們進行類型轉換。

5.2.一個泛型類被其所有調用共享
下面的代碼打印的結果是什麼？
List<String> l1 = new ArrayList<String>();
List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();
System.out.println(l1.getClass() == l2.getClass());
或許你會說false，但是你想錯了。它打印出true。因爲一個泛型類的所有實例在運行時具有相同的運行時類(class)，
而不管他們的實際類型參數。
事實上，泛型之所以叫泛型，就是因爲它對所有其可能的類型參數，有同樣的行爲；同樣的類可以被當作許多不同
的類型。作爲一個結果，類的靜態變量和方法也在所有的實例間共享。這就是爲什麼在靜態方法或靜態初始化代碼
中或者在靜態變量的聲明和初始化時使用類型參數（類型參數是屬於具體實例的）是不合法的原因。

5.3. 轉型和instanceof
泛型類被所有其實例(instances)共享的另一個暗示是檢查一個實例是不是一個特定類型的泛型類是沒有意義的。
Collection cs = new ArrayList<String>();
if (cs instanceof Collection<String>) { ...} // 非法
類似的，如下的類型轉換
Collection<String> cstr = (Collection<String>) cs;
得到一個unchecked warning，因爲運行時環境不會爲你作這樣的檢查。

6. Class的範型處理
Java 5之後，Class變成範型化了。
JDK1.5中一個變化是類 java.lang.Class是泛型化的。這是把泛型擴展到容器類之外的一個很有意思的例子。
現在，Class有一個類型參數T, 你很可能會問，T 代表什麼？它代表Class對象代表的類型。比如說，
String.class類型代表 Class<String>，Serializable.class代表 Class<Serializable>。
這可以被用來提高你的反射代碼的類型安全。
特別的，因爲 Class的 newInstance() 方法現在返回一個T, 你可以在使用反射創建對象時得到更精確的類型。
比如說，假定你要寫一個工具方法來進行一個數據庫查詢，給定一個SQL語句，並返回一個數據庫中符合查詢條件
的對象集合(collection)。
一個方法是顯式的傳遞一個工廠對象，像下面的代碼：
interface Factory<T> {
public T[] make();
}
public <T> Collection<T> select(Factory<T> factory, String statement) {
Collection<T> result = new ArrayList<T>();
/* run sql query using jdbc */
for ( int i=0; i<10; i++ ) { /* iterate over jdbc results */
T item = factory.make();
/* use reflection and set all of item’s fields from sql results */
result.add( item );
}
return result;
}
你可以這樣調用：
select(new Factory<EmpInfo>(){
public EmpInfo make() {
return new EmpInfo();
}
} , ”selection string”);
也可以聲明一個類 EmpInfoFactory 來支持接口 Factory：
class EmpInfoFactory implements Factory<EmpInfo> { ...
public EmpInfo make() { return new EmpInfo();}
}
然後調用：
select(getMyEmpInfoFactory(), "selection string");
這個解決方案的缺點是它需要下面的二者之一：
調用處那冗長的匿名工廠類，或爲每個要使用的類型聲明一個工廠類並傳遞其對象給調用的地方
這很不自然。
使用class類型參數值是非常自然的，它可以被反射使用。沒有泛型的代碼可能是：
Collection emps = sqlUtility.select(EmpInfo.class, ”select * from emps”); ...
public static Collection select(Class c, String sqlStatement) {
Collection result = new ArrayList();
/* run sql query using jdbc */
for ( /* iterate over jdbc results */ ) {
Object item = c.newInstance();
/* use reflection and set all of item’s fields from sql results */
result.add(item);
}
return result;
}
但是這不能給我們返回一個我們要的精確類型的集合。現在Class是泛型的，我們可以寫：
Collection<EmpInfo> emps=sqlUtility.select(EmpInfo.class, ”select * from emps”); ...
public static <T> Collection<T> select(Class<T>c, String sqlStatement) {
Collection<T> result = new ArrayList<T>();
/* run sql query using jdbc */
for ( /* iterate over jdbc results */ ) {
T item = c.newInstance();
/* use reflection and set all of item’s fields from sql results */
result.add(item);
}
return result;
}
來通過一種類型安全的方式得到我們要的集合。
這項技術是一個非常有用的技巧，它已成爲一個在處理註釋(annotations)的新API中被廣泛使用的習慣用法。

7. 新老代碼兼容

7.1. 爲了保證代碼的兼容性，下面的代碼編譯器（javac）允許，類型安全有你自己保證
List l = new ArrayList<String>();
List<String> l = new ArrayList();

7.2. 在將你的類庫升級爲範型版本時，慎用協變式返回值。
例如，將代碼
public class Foo {
public Foo create(){
return new Foo();
}
}

public class Bar extends Foo {
public Foo create(){
return new Bar();
}
}
採用協變式返回值風格，將Bar修改爲
public class Bar extends Foo {
public Bar create(){
return new Bar();
}
}
要小心你類庫的客戶端。