Java泛型：从基础到高级应用

### Java泛型：从基础到高级应用 #### 1. 泛型基础与子类型 在Java编程中，泛型是一项强大的特性，它允许我们创建可重用的代码组件，同时提高代码的类型安全性。例如，有如下代码： ```java class IntegerBiNode extends BiNode<Integer> { // A non-generic subtype IntegerBiNode(Integer data, IntegerBiNode next, IntegerBiNode previous) { super(data, next, previous); } //... } ``` 这里的`IntegerBiNode`是`BiNode<Integer>`的一个非泛型子类型。需要注意的是，一个子类型只能继承同一个泛型接口超类型的一种参数化形式。例如下面的代码会产生错误： ```java class WeirdNode<E> extends MonoNode<E> implements IMonoLink<Integer> { // Error! //... } ``` 在扩展引用类型时具有很大的灵活性，但要实现预期的结果，必须谨慎操作。 #### 2. 原始类型与未检查警告 没有形式类型参数的泛型类型称为原始类型。原始类型是泛型类所有参数化类型的超类型。例如，原始类型`Node`是参数化类型`Node<String>`、`Node<Integer>`和`Node<Node<String>>`的超类型。参数化类型（如`Node<String>`）不是类，编译器使用参数化类型来检查程序中创建的对象是否被正确使用。所有参数化类型在运行时都由其原始类型表示，即编译器不会为每个参数化类型创建一个新类。 只有引用类型（不包括数组创建和枚举）可以用于泛型类型的调用，原始类型不能作为实际类型参数，因为原始类型的值大小不同，而Java中泛型类只有一种实现。 泛型仅在编译器中实现，JVM对泛型类型的使用并不了解，它不会区分`Node<String>`和`Node<Integer>`，只知道类`Node`。编译器通过类型擦除过程翻译泛型类，即擦除类型参数的信息并插入强制类型转换，以确保程序在运行时类型安全。 可以仅使用原始类型来使用泛型类，就像使用非泛型类一样，而不指定其实际类型参数。但编译器会在这种使用可能在运行时导致问题时发出未检查警告。这种用法是为了与旧代码保持向后兼容性，但在编写新代码时强烈不建议使用。例如以下代码： ```java Node rawNode = intNode; // (5) Assigning to raw type always possible. rawNode.setData("BOOM"); // (6) Unchecked call warning! Node<Integer> intNode = rawNode; // (7) Unchecked conversion warning! iRef = intNode.getData(); // (8) ClassCastException! ``` 将原始类型的引用值赋给参数化类型的引用会导致未检查转换警告。如果原始类型引用的节点不是`Integer`类型，将其用作`Integer`节点可能会在运行时导致问题。 以下是一个完整的示例代码，展示了未检查警告的情况： ```java //A client for the generic class Node<T>. public class Preliminaries { public static void main(String[] args) { Node<Integer> intNode = new Node<Integer>(2008, null); Integer iRef = intNode.getData(); // 2008 intNode.setData(2010); // Ok. // intNode.setData("TwentyTen"); // (1) Compile-time error! intNode.setNext(new Node<Integer>(2009, null)); // (2010, (2009, null)) // intNode.setNext(new Node<String>("Hi", null)); // (2) Compile-time error! Node<String> strNode = new Node<String>("hi", null); // intNode = strNode; // (3) Compile-time error! String str = strNode.getData(); // (4) No explicit cast necessary. Node rawNode = intNode; // (5) Assigning to raw type always possible. rawNode.setData("BOOM"); // (6) Unchecked call warning! intNode = rawNode; // (7) Unchecked conversion warning! iRef = intNode.getData(); // (8) ClassCastException! } } ``` 编译该程序时会出现以下警告： ```plaintext >javac -Xlint:unchecked Preliminaries.java Preliminaries.java:16: warning: [unchecked] unchecked call to setData(E) as a member of the raw type Node rawNode.setData("BOOM"); // (6) Unchecked call warning! ^ Preliminaries.java:17: warning: [unchecked] unchecked conversion found : Node required: Node<java.lang.Integer> intNode = rawNode; // (7) Unchecked conversion warning! ^ 2 warnings ``` 运行该程序会抛出`ClassCastException`异常： ```plaintext >java Preliminaries Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer at Preliminaries.main(Preliminaries.java:18) ``` #### 3. 集合与泛型 在Java 1.5引入泛型之前，Java集合框架中的集合可以持有任何类型对象的引用。例如： ```java List wordList = new ArrayList(); // Using non-generic types. wordList.add("two zero zero eight"); // Can add any object. wordList.add(2004); //... Object element = wordList.get(0); // Always returns an Object. //... if (element instanceof String) { // Runtime check to avoid ClassCastException String strInt = (String) element; // Cast required. //... } ``` 集合的客户端必须做大部分的记录工作，以确保以类型安全的方式使用集合。使用`Object`类作为元素类型允许集合类的实现是具体的，但使用是通用的。 使用泛型集合时，编译器提供类型安全，并且生成的代码更简洁： ```java List<String> wordList = new ArrayList<String>(); // Using a specific type. wordList.add("two zero zero eight"); // Can add strings only wordList.add(2004); // Compile-time error! //... String element = wordList.get(0); // Always returns a String. //... ``` 此时不需要运行时检查或显