泛型

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2023-12-01

目标

了解使用泛型的优势
了解何时和如何参数化类或方法
了解如何迭代泛型
了解如何使用 enum 数据类型

什么是泛型？

JDK 5.0（2004 年发布）向 Java 语言中引入了泛型类型（泛型）和关联的语法。基本上讲，一些当时熟悉的 JDK 类被替换为了等效的泛型。泛型是一种编译器机制，您可通过该机制获取通用的代码并参数化（或模板化）剩余部分，从而以一种一般化方式创建（和使用）一些类型的实体（比如类或接口和方法）。这种编程方法被称为泛型编程。

泛型实战

要了解泛型有何作用，可以考虑一个在 JDK 中存在已久的类的示例：java.util.ArrayList，它是一个由数组提供支持的 Object 的 List。

清单 1 展示了如何实例化 java.util.ArrayList。

清单 1. 实例化 ArrayList

ArrayList arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("A String");
arrayList.add(new Integer(10));
arrayList.add("Another String");
// So far, so good.

可以看到，ArrayList 具有不同的形式：它包含两个 String 类型和一个 Integer 类型。在 JDK 5.0 之前，Java 语言对此行为没有任何约束，这导致了许多编码错误。例如，在清单 1 中，目前为止看起来一切正常。但要访问 ArrayList 中的元素应该怎么办，清单 2 会尝试采用哪种方法？

清单 2. 尝试访问 ArrayList 中的元素

ArrayList arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("A String");
arrayList.add(new Integer(10));
arrayList.add("Another String");
// So far, so good.
processArrayList(arrayList);
// In some later part of the code...
private void processArrayList(ArrayList theList) {
  for (int aa = 0; aa < theList.size(); aa++) {
    // At some point, this will fail...
    String s = (String)theList.get(aa);
  }
}

如果以前不知道 ArrayList 中包含的内容，则必须检查想要访问的元素，查看是否能处理这种类型的元素，否则您可能会遇到 ClassCastException。

借助泛型，您可以指定放入 ArrayList 中的项目类型。清单 3 展示了如何做，以及在您尝试添加一个错误类型的对象（第 3 行）时会发生什么。

清单 3. 使用泛型的第二次尝试

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("A String");
arrayList.add(new Integer(10));// compiler error!
arrayList.add("Another String");
// So far, so good.
processArrayList(arrayList);
// In some later part of the code...
private void processArrayList(ArrayList<String> theList) {
  for (int aa = 0; aa < theList.size(); aa++) {
    // No cast necessary...
    String s = theList.get(aa);
  }
}

迭代泛型

泛型使用处理一些实体（比如 List）的特殊语法增强了 Java 语言，您通常可能希望逐个元素地处理这些实体。举例而言，如果想迭代 ArrayList，可以将清单 3 中的代码重写为：

private void processArrayList(ArrayList<String> theList) {
  for (String s : theList) {
    String s = theList.get(aa);
  }
}

此语法适用于任何 Iterable（即实现了 Iterable 接口）的对象类型。

参数化的类

参数化的类对集合非常有用，所以集合是以下示例的上下文。考虑 List 接口，它表示一个有序的对象集合。最常见的使用场景为，向 List 添加项，然后按索引或迭代 List 来访问这些项。

如果考虑参数化一个类，请考虑是否满足以下条件：

一个核心类位于某种包装器的中心：也就是说，类中心的 “东西” 可广泛地应用，它周围的特性（例如属性）是相同的。
行为是相同的：无论类中心的 “东西” 是什么，都会执行完全相同的操作。

根据这两个条件，可以看到集合满足以下要求：

这个 “东西” 就是组成集合的类。
操作（比如 add、remove、size 和 clear）完全相同，无论集合由哪些对象组成。

一个参数化的 List

在泛型语法中，创建 List 的代码类似于：

List<E> listReference = new concreteListClass<E>();

E（表示元素）是我之前提到的 “东西”。concreteListClass 是 JDK 中您实例化的类。该 JDK 包含多个 List 实现，但您使用了 ArrayList。您可能看到的泛型类的另一种形式是 Class，其中 T 表示类型。在 Java 代码中看到 E 时，它通常指的是某种类型的集合。当您看到 T 时，它表示一个参数化的类。

所以，要创建一个由 java.lang.Integer 组成的 ArrayList，可以这样做：

List<Integer> listOfIntegers = new ArrayList<Integer>();

SimpleList：一个参数化的类

现在假设您想要创建自己的参数化类，它名为 SimpleList 且包含 3 个方法：

add() 将一个元素添加到 SimpleList 的末尾处。 size() 返回 SimpleList 中当前的元素数量。 clear() 完全清除 SimpleList 的内容。清单 4 给出了参数化 SimpleList 的语法。

清单 4. 参数化 SimpleList

package com.makotojava.intro;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class SimpleList<E> {
  private List<E> backingStore;
  public SimpleList() {
    backingStore = new ArrayList<E>();
  }
  public E add(E e) {
    if (backingStore.add(e))
    return e;
    else
    return null;
  }
  public int size() {
    return backingStore.size();
  }
  public void clear() {
    backingStore.clear();
  }
}

SimpleList 可使用任何 Object 子类来参数化。要创建并使用一个由 java.math.BigDecimal 对象组成的 SimpleList，可以这样做：

package com.makotojava.intro;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.logging.Logger;
import org.junit.Test;
public class SimpleListTest {
  @Test
  public void testAdd() {
    Logger log = Logger.getLogger(SimpleListTest.class.getName());

    SimpleList<BigDecimal> sl = new SimpleList<>();
    sl.add(BigDecimal.ONE);
    log.info("SimpleList size is : " + sl.size());
    sl.add(BigDecimal.ZERO);
    log.info("SimpleList size is : " + sl.size());
    sl.clear();
    log.info("SimpleList size is : " + sl.size());
  }
}

而且您会获得以下输出：

Sep 20, 2015 10:24:33 AM com.makotojava.intro.SimpleListTest testAdd 
INFO: SimpleList size is: 1 Sep 20, 2015 10:24:33 AM com.makotojava.intro.SimpleListTest testAdd 
INFO: SimpleList size is: 2 Sep 20, 
2015 10:24:33 AM com.makotojava.intro.SimpleListTest testAdd 
INFO: SimpleList size is: 0

参数化的方法

有时，您可能不想参数化整个类，而是只想参数化一两个方法。在这种情况下，可以创建一个泛型方法。考虑清单 5 中的实例，其中使用方法 formatArray 来创建数组内容的字符串表示。

清单 5. 一个泛型方法

public class MyClass {
// Other possible stuff... ignore...
  public <E> String formatArray(E[] arrayToFormat) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();

    int index = 0;
    for (E element : arrayToFormat) {
      sb.append("Element ");
      sb.append(index++);
      sb.append(" => ");
      sb.append(element);
      sb.append('\n');
    }

    return sb.toString();
  }
// More possible stuff... ignore...
}

无需参数化 MyClass，可以将您想要使用的一个方法泛型化，创建一个适合任何元素类型的一致的字符串表示。

实际上，您会发现使用参数化的类和接口的频率比方法更高，但现在只需知道可以在需要的时候使用该功能。

enum 类型

在 JDK 5.0 中，向 Java 语言添加了一种名为 enum 的新数据类型（不要与 java.util.Enumeration 混淆）。enum 表示一组与某个特定概念相关的常量对象，每个对象都表示该集合中的一个不同的常量值。在将 enum 引入到该语言中之前，需要按照以下方法为一个概念（比如性别）定义一组常量值：

public class Person {
  public static final String MALE = "male";
  public static final String FEMALE = "female";
  public static final String OTHER = "other";
}

需要引用该常量值的代码可以像这样编写：

public void myMethod() {
  //. . .
  String genderMale = Person.MALE;
  //. . .
}

使用 enum 定义常量

使用 enum 类型会使常量的定义更加正式 — 而且更加强大。这是 Gender 的 enum 定义：

public enum Gender {
  MALE,
  FEMALE,
  OTHER
}

此示例仅介绍了 enum 用途的很少一部分。事实上，enum 非常像类，所以它们可拥有构造方法、属性和方法：

package com.makotojava.intro;

public enum Gender {
  MALE("male"),
  FEMALE("female"),
  OTHER("other");

  private String displayName;
  private Gender(String displayName) {
    this.displayName = displayName;
  }

  public String getDisplayName() {
    return this.displayName;
  }
}

类与 enum 的一个区别是，enum 的构造方法必须声明为 private，而且它无法扩展（或继承）其他 enum。但是，一个 enum可以实现一个接口。

一个实现接口的 enum

假设您定义了一个接口 Displayable：

package com.makotojava.intro;
public interface Displayable {
  public String getDisplayName();
}

您的 Gender enum 可以实现这个接口（其他任何需要生成友好的显示名称的 enum），方法如下：

package com.makotojava.intro;

public enum Gender implements Displayable {
  MALE("male"),
  FEMALE("female"),
  OTHER("other");

  private String displayName;
  private Gender(String displayName) {
    this.displayName = displayName;
  }
  @Override
  public String getDisplayName() {
    return this.displayName;
  }
}

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