重学JavaSE 第14章 : 泛型、自定义泛型、泛型通配符

一、为什么要有泛型 1.1、泛型的设计背景

集合容器类在设计阶段/声明阶段不能确定这个容器到底实际存的是什么类型的对象，所以在JDK1.5之前只能把元素类型设计为Object，JDK1.5之后使用泛型来解决。因为这个时候除了元素的类型不确定，其他的部分是确定的，例如关于这个元素如何保存，如何管理等是确定的，因此此时把元素的类型设计成一个参数，这个类型参数叫做泛型。Collection，List，ArrayList这个就是类型参数，即泛型。

1.2、其他说明

• 所谓泛型，就是允许在定义类、接口时通过一个标识表示类中某个属性的类型或者是某个方法的返回值及参数类型。这个类型参数将在使用时（例如，继承或实现这个接口，用这个类型声明变量、创建对象时）确定（即传入实际的类型参数，也称为类型实参）。
• 从JDK1.5以后，Java引入了“参数化类型（Parameterizedtype）”的概念，允许我们在创建集合时再指定集合元素的类型，正如：List，这表明该List只能保存字符串类型的对象。
• JDK1.5改写了集合框架中的全部接口和类，为这些接口、类增加了泛型支持，从而可以在声明集合变量、创建集合对象时传入类型实参。

1.3、那么为什么要有泛型呢

那么为什么要有泛型呢，直接Object不是也可以存储数据吗？

1、Java泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会产生ClassCastException异常。同时，代码更加简洁、健壮。

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;

/**
 * 泛型的使用
 * 1.jdk5.0新增的特征
 */
public class GenericTest {

    //在集合中使用泛型之前的情况：
    @Test
    public void test(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        //需求：存放学生的成绩
        list.add(78);
        list.add(49);
        list.add(72);
        list.add(81);
        list.add(89);
        //问题一：类型不安全
//        list.add("Tom");

        for(Object score : list){
            //问题二：强转时可能出现类型转化异常
            int stuScore = (Integer)score;

            System.out.println(stuScore);
        }
    }
}

二、在集合中使用泛型

注意点：泛型的类型必须是类，不能是基本数据类型。需要用到基本数据类型的位置，拿包装类替换

2.1、举例

import org.junit.Test;

import java.util.*;

/**
 * 泛型的使用
 * 1.jdk5.0新增的特征
 *
 * 2.在集合中使用泛型：
 *  总结：
 *  ①集合接口或集合类在jdk5.0时都修改为带泛型的结构。
 *  ②在实例化集合类时，可以指明具体的泛型类型
 *  ③指明完以后，在集合类或接口中凡是定义类或接口时，内部结构（比如：方法、构造器、属性等）使用到类的泛型的位置，都指定为实例化的泛型类型。
 *    比如：add(E e)  --->实例化以后：add(Integer e)
 *  ④注意点：泛型的类型必须是类，不能是基本数据类型。需要用到基本数据类型的位置，拿包装类替换
 *  ⑤如果实例化时，没有指明泛型的类型。默认类型为java.lang.Object类型。
 *
 * 3.如何自定义泛型结构：泛型类、泛型接口；泛型方法。见 GenericTest1.java
 *
 */
public class GenericTest {

    //在集合中使用泛型的情况：以HashMap为例
    @Test
    public void test3(){
//        Map map = new HashMap();
        //jdk7新特性：类型推断
        Map map = new HashMap();

        map.put("Tom",87);
        map.put("Tone",81);
        map.put("Jack",64);

//        map.put(123,"ABC");

        //泛型的嵌套
        Set entry = map.entrySet();
        Iterator iterator = entry.iterator();

        while(iterator.hasNext()){
            Map.Entry e = iterator.next();
            String key = e.getKey();
            Integer value = e.getValue();
            System.out.println(key + "----" + value);
        }
    }

    //在集合中使用泛型的情况：以ArrayList为例
    @Test
    public void test2(){
        ArrayList list = new ArrayList();

        list.add(78);
        list.add(49);
        list.add(72);
        list.add(81);
        list.add(89);
        //编译时，就会进行类型检查，保证数据的安全
//        list.add("Tom");

        //方式一：
//        for(Integer score :list){
//            //避免了强转的操作
//            int stuScore = score;
//
//            System.out.println(stuScore);
//        }

        //方式二：
        Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            int stuScore = iterator.next();
            System.out.println(stuScore);
        }
    }
}

2.2、练习

练习1

1、MyDate类

/**
 * MyDate类包含:
 * private成员变量year,month,day；并为每一个属性定义getter,  setter 方法；
 */
public class MyDate implements Comparable{
    private int year;
    private int month;
    private int day;

    public int getYear() {
        return year;
    }

    public void setYear(int year) {
        this.year = year;
    }

    public int getMonth() {
        return month;
    }

    public void setMonth(int month) {
        this.month = month;
    }

    public int getDay() {
        return day;
    }

    public void setDay(int day) {
        this.day = day;
    }

    public MyDate() {
    }

    public MyDate(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MyDate{" +
                "year=" + year +
                ", month=" + month +
                ", day=" + day +
                '}';
    }


    @Override
    public int compareTo(MyDate m) {
        //比较年
        int minusYear = this.getYear() - m.getYear();
        if(minusYear != 0){
            return minusYear;
        }
        //比较月
        int minusMonth = this.getMonth() - m.getMonth();
        if(minusMonth != 0){
            return minusMonth;
        }
        //比较日
        return this.getDay() - m.getDay();
    }
}

2、Employee类

/**
 * 定义一个Employee类。
 * 该类包含：private成员变量name,age,birthday，
 * 其中birthday 为MyDate 类的对象；
 * 并为每一个属性定义getter, setter 方法；
 * 并重写toString 方法输出name, age, birthday
 *
 */
public class Employee implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    private MyDate birthday;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public MyDate getBirthday() {
        return birthday;
    }

    public void setBirthday(MyDate birthday) {
        this.birthday = birthday;
    }

    public Employee() {
    }

    public Employee(String name, int age, MyDate birthday) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.birthday = birthday;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", birthday=" + birthday +
                '}';
    }

    //没有指明泛型时的写法
    //按name排序
//    @Override
//    public int compareTo(Object o){
//        if(o instanceof Employee){
//            Employee e = (Employee)o;
//            return this.name.compareTo(e.name);
//        }
//        return 0;
//        throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致");
//    }

    //指明泛型时的写法
    @Override
    public int compareTo(Employee o) {
        return this.name.compareTo(o.name);
    }
}

3、测试类

import org.junit.Test;

import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

/**
 * 创建该类的5 个对象，并把这些对象放入TreeSet 集合中
 * （下一章：TreeSet 需使用泛型来定义）分别按以下两种方式
 * 对集合中的元素进行排序，并遍历输出：
 *
 * 1). 使Employee 实现Comparable 接口，并按name 排序
 * 2). 创建TreeSet 时传入Comparator对象，按生日日期的先后排序。
 */
public class EmployeeTest {

    //问题二：按生日日期的先后排序
    @Test
    public void test2(){
        TreeSet set = new TreeSet(new Comparator() {
            //使用泛型以后的写法
            @Override
            public int compare(Employee o1, Employee o2) {
                MyDate b1 = o1.getBirthday();
                MyDate b2 = o2.getBirthday();

                return b1.compareTo(b2);
            }
            //使用泛型之前的写法
            //@Override
//            public int compare(Object o1, Object o2) {
//                if(o1 instanceof Employee && o2 instanceof Employee){
//                    Employee e1 = (Employee)o1;
//                    Employee e2 = (Employee)o2;
//
//                    MyDate b1 = e1.getBirthday();
//                    MyDate b2 = e2.getBirthday();
//                    //方式一：
                    //比较年
                    int minusYear = b1.getYear() - b2.getYear();
                    if(minusYear != 0){
                        return minusYear;
                    }
                    //比较月
                    int minusMonth = b1.getMonth() - b2.getMonth();
                    if(minusMonth != 0){
                        return minusMonth;
                    }
                    //比较日
                    return b1.getDay() - b2.getDay();
//
//                    //方式二：
//                    return b1.compareTo(b2);
//
//                }
                return 0;
//                throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
//            }
        });

        Employee e1 = new Employee("liudehua",55,new MyDate(1965,5,4));
        Employee e2 = new Employee("zhangxueyou",43,new MyDate(1987,5,4));
        Employee e3 = new Employee("guofucheng",44,new MyDate(1987,5,9));
        Employee e4 = new Employee("liming",51,new MyDate(1954,8,12));
        Employee e5 = new Employee("liangzhaowei",21,new MyDate(1978,12,4));

        set.add(e1);
        set.add(e2);
        set.add(e3);
        set.add(e4);
        set.add(e5);

        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

    //问题一：使用自然排序
    @Test
    public void test(){
        TreeSet set = new TreeSet();

        Employee e1 = new Employee("wangxianzhi",41,new MyDate(334,5,4));
        Employee e2 = new Employee("simaqian",43,new MyDate(-145,7,12));
        Employee e3 = new Employee("yanzhenqin",44,new MyDate(709,5,9));
        Employee e4 = new Employee("zhangqian",51,new MyDate(-179,8,12));
        Employee e5 = new Employee("quyuan",21,new MyDate(-340,12,4));

        set.add(e1);
        set.add(e2);
        set.add(e3);
        set.add(e4);
        set.add(e5);

        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Employee next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
    }
}

三、自定义泛型结构 3.1、自定义泛型类举例

1、OrderTest类

/**
 * 自定义泛型类
 *
 */
public class OrderTest {

    String orderName;
    int orderId;

    //类的内部结构就可以使用类的泛型
    T orderT;

    public OrderTest(){

    };

    public OrderTest(String orderName,int orderId,T orderT){
        this.orderName = orderName;
        this.orderId = orderId;
        this.orderT = orderT;
    }

    //如下的三个方法都不是泛型方法
    public T getOrderT(){
        return orderT;
    }

    public void setOrderT(T orderT){
        this.orderT = orderT;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Order{" +
                "orderName='" + orderName + '\'' +
                ", orderId=" + orderId +
                ", orderT=" + orderT +
                '}';
    }
    
    //泛型方法：在方法中出现了泛型的结构，泛型参数与类的泛型参数没有任何关系。
    //换句话说，泛型方法所属的类是不是泛型类都没有关系。
    //泛型方法，可以声明为静态的。原因：泛型参数是在调用方法时确定的。并非在实例化类时确定。
    public static   List copyFromArrayToList(E[] arr){

        ArrayList list = new ArrayList();

        for(E e : arr){
            list.add(e);
        }
        return list;
    }
}

2、SubOrder类

public class SubOrder extends OrderTest{   //SubOrder:不是泛型类
}

3、SubOrder1类

public class SubOrder1 extends OrderTest {//SubOrder1:仍然是泛型类
}

4、GenericTest1类

import org.junit.Test;

/**
 * 如何自定义泛型结构：泛型类、泛型接口；泛型方法。
 *
 * 1.关于自定义泛型类、泛型接口：
 */
public class GenericTest1 {

    @Test
    public void test(){
        /**
         * 如果定义了泛型类，实例化没有指明类的泛型，则认为此泛型类型为Object类型
         * 要求：如果大家定义了类是带泛型的，建议在实例化时要指明类的泛型。
         */
        OrderTest order = new OrderTest();
        order.setOrderT(123);
        order.setOrderT("ABC");

        //建议：实例化时指明类的泛型
        OrderTest order1 = new OrderTest("orderAA",1001,"order:AA");

        order1.setOrderT("AA:hello");
    }

    @Test
    public void test2(){
        SubOrder sub1 = new SubOrder();
        //由于子类在继承带泛型的父类时，指明了泛型类型。则实例化子类对象时，不再需要指明泛型。
        sub1.setOrderT(1122);

        SubOrder1 sub2 = new SubOrder1();
        sub2.setOrderT("order2...");
    }
}

3.2、自定义泛型类,泛型接口的注意点

注意点：

1. 泛型类可能有多个参数，此时应将多个参数一起放在尖括号内。比如：

2. 实例化后，操作原来泛型位置的结构必须与指定的泛型类型一致。

3. 泛型不同的引用不能相互赋值。尽管在编译时ArrayList和ArrayList是两种类型，但是，在运行时只有一个ArrayList被加载到JVM中。

4. 泛型如果不指定，将被擦除，泛型对应的类型均按照Object处理，但不等价于Object。 经验：泛型要使用一路都用。要不用，一路都不要用。

5. 如果泛型结构是一个接口或抽象类，则不可创建泛型类的对象。

6. jdk1.7，泛型的简化操作：ArrayList flist = new ArrayList();

7. 泛型的指定中不能使用基本数据类型，可以使用包装类替换。

8. 在类/接口上声明的泛型，在本类或本接口中即代表某种类型，可以作为非静态属性的类型、非静态方法的参数类型、非静态方法的返回值类型。但在静态方法中不能使用类的泛型。

9. 异常类不能是泛型的

   //异常类不能声明为泛型类
   //public class MyException extends Exception{
   //}
   

代码演示：

不能使用new E[]。但是可以：E[] elements = (E[])new Object[capacity];参考：ArrayList源码中声明：Object[] elementData，而非泛型参数类型数组。

1、Person类

public class Person {
}

2、OrderTest类

/**
 * 自定义泛型类
 */
public class OrderTest {

    String orderName;
    int orderId;

    //类的内部结构就可以使用类的泛型
    T orderT;

    public OrderTest(){
        //编译不通过
//        T[] arr = new T[10];
        //编译通过
        T[] arr = (T[]) new Object[10];
    };

    public OrderTest(String orderName,int orderId,T orderT){
        this.orderName = orderName;
        this.orderId = orderId;
        this.orderT = orderT;
    }

    public T getOrderT(){
        return orderT;
    }

    public void setOrderT(T orderT){
        this.orderT = orderT;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Order{" +
                "orderName='" + orderName + '\'' +
                ", orderId=" + orderId +
                ", orderT=" + orderT +
                '}';
    }

    //静态方法中不能使用类的泛型。
//    public static void show(T orderT){
//        System.out.println(orderT);
//    }

    public void show(){
        //编译不通过
//        try{
//
//
//        }catch(T t){
//
//        }
    }
}

3、GenericTest1类

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;

/**
 * 如何自定义泛型结构：泛型类、泛型接口；泛型方法。
 *
 * 1.关于自定义泛型类、泛型接口：
 *
 */
public class GenericTest1 {

    @Test
    public void test3(){
        ArrayList list1 = null;
        ArrayList list2 = new ArrayList();
        //泛型不同的引用不能相互赋值。
        //list1 = list2;

        Person p1 = null;
        Person p2 = null;
        p1 = p2;
    }
}

4、在继承中使用泛型

1. 父类有泛型，子类可以选择保留泛型也可以选择指定泛型类型：
   • 子类不保留父类的泛型：按需实现
     • 没有类型擦除
     • 具体类型
   • 子类保留父类的泛型：泛型子类
     • 全部保留
     • 部分保留

class Father {}
// 子类不保留父类的泛型
// 1)没有类型擦除
class Son1 extends Father {// 等价于class Son extends Father{}
}
// 2)具体类型
class Son2 extends Father {}
// 子类保留父类的泛型
// 1)全部保留
class Son3 extends Father {}
// 2)部分保留
class Son4 extends Father {}

结论：子类必须是“富二代”，子类除了指定或保留父类的泛型，还可以增加自己的泛型。

3.3、自定义泛型方法举例

说明：

• 方法，也可以被泛型化，不管此时定义在其中的类是不是泛型类。在泛型方法中可以定义泛型参数，此时，参数的类型就是传入数据的类型。

• 泛型方法的格式：

     [访问权限]  返回类型  方法名([泛型标识参数名称]) 抛出的异常
如：public static   List copyFromArrayToList(E[] arr)　throws  Exception{  }

代码演示：

1、OrderTest类

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 自定义泛型类
 */
public class OrderTest {

    /**
     * 泛型方法：在方法中出现了泛型的结构，泛型参数与类的泛型参数没有任何关系。
     * 换句话说，泛型方法所属的类是不是泛型类都没有关系。
     * 泛型方法，可以声明为静态的。原因：泛型参数是在调用方法时确定的。并非在实例化类时确定。
     */
    public static  List copyFromArrayToList(E[] arr){

        ArrayList list = new ArrayList();

        for(E e : arr){
            list.add(e);
        }
        return list;
    }
}

2、测试类

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 如何自定义泛型结构：泛型类、泛型接口；泛型方法。
 *
 * 1.关于自定义泛型类、泛型接口：
 *
 */
public class GenericTest1 {

    //测试泛型方法
    @Test
    public void test4(){
        OrderTest order = new OrderTest();
        Integer[] arr = new Integer[]{1,2,3,4};
        //泛型方法在调用时，指明泛型参数的类型。
        List list = order.copyFromArrayToList(arr);

        System.out.println(list);
    }
}

3、SubOrder类

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class SubOrder extends OrderTest{   //SubOrder:不是泛型类
    
    public static  List copyFromArrayToList(E[] arr){//静态的泛型方法

        ArrayList list = new ArrayList();

        for(E e : arr){
            list.add(e);
        }
        return list;
    }
}

3.4、举例泛型类和泛型方法的使用情境

1、DAO类

import java.util.List;

public class DAO { //表的共性操作的DAO

    //添加一条记录
    public void add(T t){

    }

    //删除一条记录
    public boolean remove(int index){

        return false;
    }

    //修改一条记录
    public void update(int index,T t){

    }

    //查询一条记录
    public T getIndex(int index){

        return null;
    }

    //查询多条记录
    public List getForList(int index){

        return null;
    }

    //泛型方法
    //举例：获取表中一共有多少条记录？获取最大的员工入职时间？
    public  E getValue(){

        return null;
    }

}

2、Customer类

public class Customer { //此类对应数据库中的customers表
}

3、CustomerDAO类

public class CustomerDAO extends DAO{//只能操作某一个表的DAO
}

4、Student类

public class Student {
}

5、StudentDAO类

public class StudentDAO extends DAO {//只能操作某一个表的DAO
}

6、DAOTest类

import org.junit.Test;

import java.util.List;

public class DAOTest {

    @Test
    public void test(){
        CustomerDAO dao1 = new CustomerDAO();

        dao1.add(new Customer());
        List list = dao1.getForList(10);


        StudentDAO dao2 = new StudentDAO();
        Student student = dao2.getIndex(1);
    }

}

四、泛型在继承上的体现【通配符】

import org.junit.Test;

import java.util.AbstractList;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 1.泛型在继承方面的体现
 *
 * 2.通配符的使用
 *
 */
public class GenericTest {

    /**
     * 1.泛型在继承方面的体现
     * 虽然类A是类B的父类，但是G 和G二者不具备子父类关系，二者是并列关系。
     * 补充：类A是类B的父类，A 是 B 的父类
     */
    @Test
    public void test(){

        Object obj = null;
        String str = null;
        obj = str;

        Object[] arr1 = null;
        String[] arr2 = null;
        arr1 = arr2;
        //编译不通过
//        Date date = new Date();
//        str = date;
        List list1 = null;
        List list2 = new ArrayList();
        //此时的list1和list2的类型不具有子父类关系
        //编译不通过
//        list1 = list2;
        /**
         * 反证法：
         *   假设list1 = list2;
         *      list1.add(123);导致混入非String的数据。出错。
         */
        show(list1);
        show2(list2);
    }

    public void show2(List list){

    }

    public void show(List list){

    }

    @Test
    public void test2(){
        AbstractList list1 = null;
        List list2 = null;
        ArrayList list3 = null;

        list1 = list3;
        list2 = list3;

        List list4 = new ArrayList();
    }

}

五、通配符的使用

说明：

1. 使用类型

   通配符：？

   1. 比如：List ，Map
   2. List是List、List等各种泛型List的父类。

2. 读取List的对象list中的元素时，永远是安全的，因为不管list的真实类型是什么，它包含的都是Object。

3. 写入list中的元素时，不行。因为我们不知道c的元素类型，我们不能向其中添加对象。

   • 唯一的例外是null，它是所有类型的成员。

   • 将任意元素加入到其中不是类型安全的：

     - Collection c = new ArrayList();
     - c.add(new Object()); // 编译时错误因为我们不知道c的元素类型，我们不能向其中添加对象。add方法有类型参数E作为集合的元素类型。我们传给add的任何参数都必须是一个未知类型的子类。因为我们不知道那是什么类型，所以我们无法传任何东西进去。
     

4. 另一方面，我们可以调用get()方法并使用其返回值。返回值是一个未知的类型，但是我们知道，它总是一个Object。

代码演示：

import org.junit.Test;

import java.util.AbstractList;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

/**
 * 1.泛型在继承方面的体现
 * 2.通配符的使用
 */
public class GenericTest {

    /**
     * 2.通配符的使用
     * 通配符：？
     *
     * 类A是类B的父类，G和G是没有关系的，二者共同的父类是：G
     */
    @Test
    public void test3(){
        List list1 = null;
        List list2 = null;

        List list = null;

        list = list1;
        list = list2;

        //编译通过
        print(list1);
        print(list2);
    }

    public void print(List list){
        Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Object obj = iterator.next();
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

5.1、使用通配符后数据的读取和写入要求

import org.junit.Test;

import java.util.AbstractList;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

/**
 * 1.泛型在继承方面的体现
 *
 * 2.通配符的使用
 */
public class GenericTest {

    /**
     * 2.通配符的使用
     * 通配符：？
     *
     * 类A是类B的父类，G和G是没有关系的，二者共同的父类是：G
     */
    @Test
    public void test3(){
        List list1 = null;
        List list2 = null;

        List list = null;

        list = list1;
        list = list2;

        //编译通过
//        print(list1);
//        print(list2);

        List list3 = new ArrayList();
        list3.add("AA");
        list3.add("BB");
        list3.add("CC");
        list = list3;
        //添加(写入)：对于List就不能向其内部添加数据。
        //除了添加null之外。
//        list.add("DD");
//        list.add('?');

        list.add(null);

        //获取(读取)：允许读取数据，读取的数据类型为Object。
        Object o = list.get(0);
        System.out.println(o);
    }
}

5.2、有限制条件的通配符的使用

说明：

• 允许所有泛型的引用调用

• 通配符指定上限上限

  extends：使用时指定的类型必须是继承某个类，或者实现某个接口，即=

• 举例：