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深入理解Java帝国之泛型详解

国王的第一道命令就是要求各位大臣展开一场轰轰烈烈的自检运动,对自己负责的领域好好检查一遍,倾听一下帝国臣民们的呼声,半个月以后,每个大臣至少要报上来三条合理化建议。

作者:佚名|2017-11-14 14:41

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1.新王登基

登基以后第一次早朝, 意气风发的第5代Java国王坐在宝座上,看着下面恭恭敬敬的各位大臣,心情大好。

他早已下定决心,要刷新吏治,革除弊端,将Java帝国带上更高的巅峰。

国王的第一道命令就是要求各位大臣展开一场轰轰烈烈的自检运动,对自己负责的领域好好检查一遍,倾听一下帝国臣民们的呼声,半个月以后,每个大臣至少要报上来三条合理化建议。

下面的大臣心说这肯定是三分钟热度,过段时间国王就忘了。虽然这么想,嘴上还是说道:“陛下圣明,真乃开天辟地之举,定会使我Java帝国江山永固。”

没想到半个月后又一次早朝,国王真的开始检查作业了: “IO大臣,你那里情况如何? ”

老奸巨猾的IO大臣虽然挨了当头一棒,愣了一下,但是马上恢复了:“陛下,我Java帝国自成立以来,经过先祖们励精图治,制度几近完美, 国家繁荣昌盛,子民们无不交口称颂, 我这里实在是没有什么可以改进的了。”

其他大臣也纷纷附和:“IO大臣所言极是,臣这里也找不到了” 。

国王看着这些不干事儿的官僚,恨得牙痒痒:“哼哼! 你们没有,朕这里可是有啊,来人,宣C++帝国的使者进殿!”

2.C++使者

一个年轻人在大家狐疑的目光中走了进来, 在大殿中央给国王行了礼。

国王说道:“这是C++国王来的使者,他带来了一个我们帝国没有的新玩意儿。 泛型先生,你一路舟车劳顿,辛苦了,烦请你给我们说说C++王国的泛型吧。”

看来国王早就和这个家伙串通好了,等着给我们好看呢, 要小心, IO大臣警觉起来。

这个被称为泛型先生的家伙说:“Java语言以严谨而著称, 但是设计的时候却没有把泛型这个重要的概念给考虑进去,确实是不应该啊。”

“什么是泛型? 能举个例子吗?” 线程大臣问道。

泛型先生展示了一段代码:

集合框架大臣一看这小子竟然想拿自己开刀,这还了得, 接过话头儿说:“这有什么问题?”

小伙子说: “我向List当中加了一个字符串和整数, 看起来没有问题,可是使用List的人就麻烦了,他必须得知道第一个元素是字符串类型, 第二个是Integer, 还得强制转型,要不然就会出错。”

“这不很正常吗? ” 集合框架大臣问道 “ 写程序的那些码农当然要记住每个元素的类型了, 再说了,我这个List 能容纳任何类型的元素,多灵活!”

泛型使者说:“这么做会增加使用者的责任,编译器也无法帮忙, 在运行时才会抛出Class Cast 异常。”

“那你说说,怎么才能让编译器帮忙?”

“这就是我来这里的目的了,在我的家乡C++帝国, 我们可以定义一个模板类,例如:”

“这里定义了一个模板类List , 通过它你可以实例化成你想要的任何类型,例如List<int>, List<string>,List<Employee>...... 上面的代码实例化了一个List<int>,所以你只能往里边添加整数,如果添加其他类型的值例如字符串, 编译器就能检查出来,直接报错。 我们C++帝国把这种能力称为泛型(Generics) ”

集合框架大臣笑道: “哈哈,这么古怪的语法,怪不得你们C++越来越.... ” 一转眼看到Java国王那威严的目光, 他生生地把后半句给咽了进去。

“众位爱卿,估计你也看到了,这个‘泛型’能够在编译期检查出错误, 使用List的人也不用做强制转型了,还是很有好处的。我们Java 也应该加上类似功能”

“怎么加上呢? ” 集合框架大臣问道。

“好办啊,仿照C++的语法就行了” Java国王心想,这些占据高位,但是又不做事的家伙们以后要统统替换掉。

国王让吕公公展开了一张写满代码的纸:

“大家看看这段代码,看到那个T没有,你可以它想象成一个占位符,将来可以传入任意类型,例如Integer, String等等”

集合框架大臣一看国王连代码都写好了,心说这国王也真够拼的, 看来是铁了心要这么干了。

3.泛型实现

IO大臣说:“陛下圣明,臣愚钝,还有一事不明,这个所谓的泛型,怎么实现呢?”

C++泛型使者说: “在我们C++帝国,每次你去实例化一个泛型/模板类都会生成一个新的类,例如模板类是List ,然后你用int ,double,string, Employee 分别去实例化, 那编译的时候,我们就会生成四个新类出来,例如List_int和List_double,List_string, List_Employee。”

集合框架大臣说:“啊?! 这样一来得生成很多新的类出来啊,系统会不会膨胀得要爆炸了。”

国王说:“不用担心,我已经给C++的泛型使者深谈过,我们不用膨胀法, 相反,我们用擦除法。”

“擦除法? ” 众大臣面面相觑。

“简单来说就是一个参数化的类型经过擦除后会去除参数, 例如ArrayList<T> 会被擦除为ArrayList”

“那我传入的String,Integer等都消失了?” 集合框架大臣大惊失色。

“不会的,我会把他们变成Object , 例如ArrayList<Integer>其实被擦除成了原始的ArrayList :

线程大臣问道: “陛下, 我们通过泛型, 本来是不想让臣民们写那个强制转型的,臣民们可以写成这样 Integer i = list1.get(0); 现在类型被擦除,都变成Object了, 怎么处理啊? ”

Java国王说: “ 很简单啊, 在编译的时候做点手脚,加个自动的转型嘛: Integer i = (Integer)list1.get(0);”

“陛下真是高瞻远瞩, 臣等拜服” IO大臣马上拍马屁。

4.泛型方法

集合框架大臣说: “陛下,刚才您说的都是泛型类, 对于一些静态方法该怎么办?”

“简单啊,把那个<T>移到方法上去!” 国王的命令不容置疑

集合框架大臣看了一会,自言自语到: “这个静态的函数是求最大值的,就是说需要对List中的元素比较大小,如果臣民们传入的T没有实现Comparable接口,就没法比较大小了!”

线程大臣,IO大臣纷纷点头称是。

王国心想这些大臣也不是一无是处,还是有点想法的嘛, 他转向C++的使者: “这倒是个难题, 泛型使者, 你怎么看?”

“这个容易,可以做一个类型的限制, 让臣民们传入类型T必须是Comparable的子类才行, 要不然编译器就报错, 我建议使用extends关键字。” C++的泛型使者看起来很有经验。

“妙啊” 国王大为赞赏 “来人, 赏金500两! ”

IO大臣提议: “陛下,臣提议让泛型使者在京城多呆几天,协助我们把Java泛型给实现了。”

国王说:“准奏,这是一件大事情, 希望各位爱卿同心协力, 办好后朕还有重赏。”

(老刘注: 除了extends之外, Java泛型还支持super, 实际上为了更加灵活,上面的Comparable<T> 应该写成Comparable <? super T> , 这里不再展开描述。)

5.泛型和继承

经过了几个月的准备, Java泛型正式推出,开始让臣民们使用了。

不出国王和大臣所料, 泛型极大程度地减少了运行期那些转型导致的异常,简化了代码,受到了大家的一致欢迎。

国王特地设置了一个泛型大臣的职务, 暂时让集合框架大臣兼任, 没办法,集合框架的改动是泛型的一个重头戏。

过了几天, 泛型大臣兼集合框架大臣上了一个奏章,上面有一张图和若干代码:


国王觉得很诧异,这是怎么回事,print函数能接受的参数不是ArrayList<Fruit>吗? 当传递一个ArrayList<Apple>为什么出错呢, 难道我们Java帝国的多态不管用了吗?

他召来泛型大臣问个明白。

泛型大臣说:“陛下明鉴,这个Apple 虽然是Fruit的子类, 但是 ArrayList<Apple>却不是 ArrayList<Fruit>的子类,实际上他们俩之间是没有关系的,不能做转型操作,所以调用print的时候就报错了。

“为什么不能让ArrayList<Apple>转成ArrayList<Fruit>呢? ”

“如果可以这么做的话, 那么不但可以向这个list中加入Apple, 还可以加入Orange, 泛型就被破坏了”

“奥,原来如此” 国王心想泛型大臣还是不错滴。 “那针对刚才的问题怎么办呢?”

“我和各位大臣商量了,我们打算引入一个通配符的方式来解决, 把函数的输入参数改为改成下面这样:”

“也就是说,传进来的参数,只要是Fruit或者Fruit的子类都可以,对吧” 国王看出了关键。

“是的,陛下,这样以来就可以接收ArrayList<Fruit> 和 ArrayList<Apple> ,ArrayList<Orange> 这样的参数了!”

“好吧,虽然看起来有点不爽, 就这么实施吧!”

【本文为51CTO专栏作者“刘欣”的原创稿件,转载请通过作者微信公众号coderising获取授权】

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