泛型

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2023-12-01

泛型通过在编译时检测到更多的代码 bug 从而使你的代码更加稳定。

泛型的作用

概括地说，泛型支持类型（类和接口）在定义类，接口和方法时作为参数。就像在方法声明中使用的形式参数（formal parameters），类型参数提供了一种输入可以不同但代码可以重用的方式。所不同的是，形式参数的输入是值，类型参数输入的是类型参数。

使用泛型对比非泛型代码有很多好处：

在编译时更强的类型检查。

如果代码违反了类型安全，Java 编译器将针对泛型和问题错误采用强大的类型检查。修正编译时的错误比修正运行时的错误更加容易。

消除了强制类型转换。

没有泛型的代码片需要强制转化：

List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String s = (String) list.get(0);

当重新编写使用泛型，代码不需要强转：

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("hello");
String s = list.get(0);   // no cast

使编程人员能够实现通用算法。

通过使用泛型，程序员可以实现工作在不同类型集合的通用算法，并且是可定制，类型安全，易于阅读。

泛型类型（Generic Types）

泛型类型是参数化类型的泛型类或接口。下面是一个 Box 类例子来说明这个概念。

一个简单的 Box 类

public class Box {
    private Object object;
    public void set(Object object) {
        this.object = object;
    }
    public Object get() {
        return object;
    }
}

由于它的方法接受或返回一个 Object，你可以自由地传入任何你想要的类型，只要它不是原始的类型之一。在编译时，没有办法验证如何使用这个类。代码的一部分可以设置 Integer 并期望得到 Integer ，而代码的另一部分可能会由于错误地传递一个String ，而导致运行错误。

一个泛型版本的 Box 类

泛型类定义语法如下：

class name<T1, T2, ..., Tn> { /* ... */ }

类型参数部分用 <> 包裹，制定了类型参数或称为类型变量（type parameters or type variables) T1, T2, …, 直到 Tn.

下面是代码：

public class Box<T> {
    // T stands for "Type"
    private T t;
    public void set(T t) {
        this.t = t;
    }
    public T get() {
        return t;
    }
}

主要，所有的 Object 被 T 代替了。类型变量可以是非基本类型的的任意类型，任意的类、接口、数组或其他类型变量。

这个技术同样适用于泛型接口的创建。

类型参数命名规范

按照惯例，类型参数名称是单个大写字母，用来区别普通的类或接口名称。

常用的类型参数名称如下：

E - Element (由 Java 集合框架广泛使用)
K - Key
N - Number
T - Type
V - Value
S,U,V 等. - 第二种、第三种、第四种类型

调用和实例化一个泛型

从代码中引用泛型 Box 类，则必须执行一个泛型调用(generic type invocation)，用具体的值，比如 Integer 取代 T ：

Box<Integer> integerBox;

泛型调用与普通的方法调用类似，所不同的是传递参数是类型参数（type argument ），本例就是传递 Integer 到 Box 类：

Type Parameter 和 Type Argument 区别

编码时，提供 type argument 的一个原因是为了创建参数化类型。因此，Foo<T> 中的 T 是一个 type parameter，而 Foo<String> 中的 String 是一个 type argument

与其他变量声明类似，代码实际上没有创建一个新的 Box 对象。它只是声明integerBox 在读到 Box<Integer> 时，保存一个“Integer 的 Box”的引用。

泛型的调用通常被称为一个参数化类型（parameterized type）。

实例化类，使用 new 关键字：

Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();

菱形（Diamond）

Java SE 7 开始泛型可以使用空的类型参数集<>，只要编译器能够确定，或推断，该类型参数所需的类型参数。这对尖括号<>，被非正式地称为“菱形（diamond）”。例如：

Box<Integer> integerBox = new Box<>();

多类型参数

下面是一个泛型 Pair 接口和一个泛型 OrderedPair ：

public interface Pair<K, V> {
    public K getKey();
    public V getValue();
}
public class OrderedPair<K, V> implements Pair<K, V> {
    private K key;
    private V value;
    public OrderedPair(K key, V value) {
    this.key = key;
    this.value = value;
    }
    public K getKey()    { return key; }
    public V getValue() { return value; }
}

创建两个 OrderedPair 实例：

Pair<String, Integer> p1 = new OrderedPair<String, Integer>("Even", 8);
Pair<String, String>  p2 = new OrderedPair<String, String>("hello", "world");

代码 new OrderedPair<String, Integer>，实例 K 作为一个 String 和 V 为 Integer。因此，OrderedPair 的构造函数的参数类型是 String 和 Integer。由于自动装箱（autoboxing），可以有效的传递一个 String 和 int 到这个类。

可以使用菱形（diamond）来简化代码：

OrderedPair<String, Integer> p1 = new OrderedPair<>("Even", 8);
OrderedPair<String, String>  p2 = new OrderedPair<>("hello", "world");

参数化类型

您也可以用参数化类型（例如，List<String>的）来替换类型参数（即 K 或 V ）。例如，使用OrderedPair<K，V>例如：

OrderedPair<String, Box<Integer>> p = new OrderedPair<>("primes", new Box<Integer>(...));

原生类型（Raw Types）

原生类型是没有类型参数(type arguments)的泛型类和泛型接口，如泛型 Box 类;

public class Box<T> {
    public void set(T t) { /* ... */ }
    // ...
}

为了创建