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[Java知识库]【JavaSE】泛型的基本使用

1. 泛型的理解和好处

1.1 看一个需求

1)请编写程序，在ArrayList中，添加3个Dog对象
2) Dog对象含有name和age,并输出name和age(要求使用getXxx())

先使用传统的方法来解决

public class Generic01 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用传统的方法来解决
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add(new Dog("小黑", 2));
        arrayList.add(new Dog("小白", 4));
        arrayList.add(new Dog("小青", 6));

        //假如不小心添加了一只猫
        arrayList.add(new Cat("小花猫", 8));
        //遍历
        for (Object o : arrayList) {
            //向下转型 Object --> Dog
            Dog dog = (Dog) o;
            System.out.println(dog.getName() + "-" + dog.getAge());
        }
    }
}

class Dog {

    private String name;
    private int age;

    public Dog(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }
}

class Cat {
    private String name;
    private int age;

    public Cat(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }
}

在这里插入图片描述

假如不小心添加了一只猫，在上面代码的基础上添加如下

在这里插入图片描述

class Cat {
    private String name;
    private int age;

    public Cat(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }
}

运行报错，类型转换异常

1.2 使用传统方法的问题分析

不能对加入到集合ArrayList中的数据类型进行约束(不安全)。
遍历的时候，需要进行类型转换，如果集合中的数据量较大，对效率有影响。

1.3 泛型快速体验-用泛型来解决前面的问题

public class Generic02 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用泛型来解决
        //解读：
        //1.当ArrayList<Dog>表示存放到 ArrayList 集合中的元素是 Dog 类型
        //2.如果编译器发现添加的类型不满足要求，就会报错
        //3.在遍历的时候可以直接取出 Dog 类型，而不是 Object 类型
        ArrayList<Dog> arrayList = new ArrayList<Dog>();
        arrayList.add(new Dog("小黑", 2));
        arrayList.add(new Dog("小白", 4));
        arrayList.add(new Dog("小青", 6));

        //假如不小心添加了一只猫
        //arrayList.add(new Cat("小花猫", 8));
        //遍历
        for (Dog dog : arrayList) {

            System.out.println(dog.getName() + "-" + dog.getAge());

        }
    }
}

class Dog {

    private String name;
    private int age;

    public Dog(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }
}

class Cat {
    private String name;
    private int age;

    public Cat(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }
}

在这里插入图片描述

1.4 泛型的理解和好处

编译时，检查添加元素的类型，提高了安全性。如：在上面添加Cat类时就会报错
减少了类型转换的次数，提高效率[说明]

不使用泛型

Dog-加入->Object-取出-> Dog //放入到ArrayList 会先转成Object，在取出时，还需要转换成Dog

使用泛型

Dog->Dog -> Dog //放入时，和取出时，不需要类型转换，提高效率

不再提示编译警告

2. 泛型介绍

int a = 10;
理解：泛(广泛)型(类型)=> Integer,String,Dog

泛型又称参数化类型，是Jdk5.0出现的新特性，解决数据类型的安全性问题。
在类声明或实例化时只要指定好需要的具体的类型即可。
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。
泛型的作用是:可以在类声明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的类型，或者是参数类型。

public class Generic03 {
    public static void main(String[] args) {
        //注意：E是具体的数据类型，在定义Person对象的时候指定的，即在编译期间，就确定了E什么类型
        Person<String> person = new Person<>("兮动人");
        person.show();


    }
}

class Person<E> {
    E s ;//E表示 s 的数据类型，该数据类型是在定义Person对象的时候指定的，即在编译期间就确定了E是什么类

    public Person(E s) {//E也可以是参数类型
        this.s = s;
    }

    public E f() {//返回类型使用E表示
        return s;
    }

    public void show() {
        System.out.println(s.getClass());
    }
}

class Person1<String> {
    String s ;

    public Person1(String s) {
        this.s = s;
    }

    public String f() {
        return s;
    }
}

在这里插入图片描述

3. 泛型的语法

3.1 泛型的声明

interface接口<T>{} 和 class类<K,V>{}
//比如:List , ArrayList
说明:
1)其中，T,K,V不代表值,而是表示类型。
2)任意字母都可以。常用T表示，是Type的缩写

3.2 泛型的实例化

要在类名后面指定类型参数的值（类型)。如:

List<String> strList = new ArrayList<String>(); [举例说明]
Iterator<Customer> iterator = customers.iterator();

3.3 泛型使用举例

创建3个学生对象，放入到HashSet中学生对象使用，3个学生放入到 HashMap中，要求Key是name, Value就是学生对象，使用两种方式遍历。

public class GenericExercise {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=======HashSet方式存储========");
        //使用泛型方式给 HashSet放入三个学生对象
        HashSet<Student> students = new HashSet<>();
        students.add(new Student("xdr", 25));
        students.add(new Student("jack", 26));
        students.add(new Student("lucy", 27));

        //遍历
        for (Student student : students) {
            System.out.println(student);
        }
        System.out.println("=======HashMap方式存储========");
        //使用泛型方式给 HashMap 放入三个学生对象
        HashMap<String, Student> hashMap = new HashMap<String, Student>();
        hashMap.put("tom", new Student("tom", 20));
        hashMap.put("jerry", new Student("jerry", 21));
        hashMap.put("mike", new Student("mike", 22));

        //迭代器 EntrySet
        Set<Map.Entry<String, Student>> entries = hashMap.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, Student>> iterator = entries.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry<String, Student> next =  iterator.next();
            System.out.println(next.getKey() + "-" + next.getValue());
        }


    }
}

class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }

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

在这里插入图片描述

4. 泛型使用的注意事项和细节

interface List<T>{} , public class HashSet<E>{}..说明:T,E只能是引用类型，看看下面语句是否正确?

给泛型指向数据类型是要求是引用数据类型，不能是基本数据类型

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>{};//正确
List<int> list2 = new ArrayList<int>();//错误

在给泛型指定具体类型后，可以传入该类型或者其子类类型

public class GenericDetail {
    public static void main(String[] args) {

        // 因为E指定了A类型，所以只能传入该类型或其子类类型
        Pig<A> aPig = new Pig<A>(new A());
        aPig.f();
        Pig<A> bPig = new Pig<A>(new B());
        bPig.f();


    }
}

class A {}
class B extends A{}

class Pig<E> {
    E e;

    public Pig(E e) {
        this.e = e;
    }

    public void f() {
        System.out.println(e.getClass());
    }
}

在这里插入图片描述

泛型使用形式

	ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
	List<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>();
	//在实际开发中，往往简写。编译器会进行类型推断，推荐使用这种写法 
	ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<Integer>();
	List<Integer> list4 = new ArrayList<Integer>();

如果这样写List list = new ArrayList();默认给它的泛型是【<E> E 就是 Object】

	ArrayList arrayList1 = new ArrayList();
	//等价于
	ArrayList<Object> arrayList2 = new ArrayList<>();

5. 泛型练习

定义Employee类

该类包含：private成员变量name,sal,birthday,其中 birthday为 MyDate 类的对象;
为每一个属性定义getter, setter方法;
重写toString方法输出name, sal, birthday
MyDate类包含:private成员变量month,day,year;并为每一个属性定义getter,setter方法;
创建该类的3个对象，并把这些对象放入 ArrayList 集合中(ArrayList 需使用泛型来定义)，对集合中的元素进行排序，并遍历输出:
排序方式：调用ArrayList的sort方法，传入 Comparator对象[使用泛型]，先按照name排序，如果name相同，则按生日日期的先后排序。【即:定制排序】

public class Employee {
    private String name;
    private double sal;
    private MyDate birthday;

    public Employee(String name, double sal, MyDate birthday) {
        this.name = name;
        this.sal = sal;
        this.birthday = birthday;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public double getSal() {
        return sal;
    }

    public void setSal(double sal) {
        this.sal = sal;
    }

    public MyDate getBirthday() {
        return birthday;
    }

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

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

public class MyDate implements Comparable<MyDate>{
    private int year;
    private int month;
    private int day;

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

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

    @Override
    public int compareTo(MyDate o) { //把对year-month-day比较放在这里

        int yearMinus = year - o.getYear();
        if(yearMinus != 0) {
            return  yearMinus;
        }
        //如果year相同，就比较month
        int monthMinus = month - o.getMonth();
        if(monthMinus != 0) {
            return monthMinus;
        }
  
        return day - o.getDay();
    }
}

public class GenericExercise02 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Employee> employees = new ArrayList<>();
        employees.add(new Employee("tom", 20000, new MyDate(1980,12,11)));
        employees.add(new Employee("jack", 12000, new MyDate(2001,12,12)));
        employees.add(new Employee("tom", 50000, new MyDate(1980,12,10)));

        System.out.println("employees=" + employees);


        employees.sort(new Comparator<Employee>() {
            @Override
            public int compare(Employee emp1, Employee emp2) {
                //先按照name排序，如果name相同，则按生日日期的先后排序。【即：定制排序】
                //先对传入的参数进行验证
                if(!(emp1 instanceof  Employee && emp2 instanceof Employee)) {
                    System.out.println("类型不正确..");
                    return 0;
                }
                //比较name
                int i = emp1.getName().compareTo(emp2.getName());
                if(i != 0) {
                    return i;
                }

                //下面是对birthday的比较，因此，我们最好把这个比较，放在MyDate类完成
                //封装后，将来可维护性和复用性，就大大增强.
                return emp1.getBirthday().compareTo(emp2.getBirthday());
            }
        });

        System.out.println("==对雇员进行排序==");
        System.out.println(employees);
    }
}

在这里插入图片描述

6. 自定义泛型类

基本语法

class 类名 <T, R...> {// ...表示可以有多个泛型
	成员
}

注意细节

普通成员可以使用泛型(属性、方法)
使用泛型的数组，不能初始化
静态方法中不能使用类的泛型
泛型类的类型，是在创建对象时确定的(因为创建对象时，需要指定确定类型)
如果在创建对象时，没有指定类型，默认为Object

说明自定义泛型代码是否正确，并说明原因

Tiger<Double,String,Integer> g = new Tiger<>("xdr");
g.setT(10.9);//T
g.setT("yy");//F，类型不对，setT方法是Double类型的，yy是字符串类型
System.out.println(g);.//T
Tiger g2 = new Tiger("xdr~~");//T，这样写表示T、R、M 都是 Object类型
g2.setT("yy");//T
System.out.println("g2=" + g2);//T

class Tiger<T, R, M> {

	public Tiger(T t, R r, M m) {
		this.t = t;
		this.r = r;
		this.m = m;
	}
	
	public Tiger(String name) {
		this.name = name;
	}
	
}

7. 自定义泛型接口

基本语法

interface 接口名<T, R...> {
}

注意细节

接口中，静态成员也不能使用泛型(这个和泛型类规定一样)
泛型接口的类型,在继承接口或者实现接口时确定
没有指定类型，默认为Object

应用实例

//在继承接口 指定泛型接口的类型
interface IA extends IUsb<String, Double> {

}
//当我们去实现IA接口时，因为IA在继承IUsu 接口时，指定了U 为String R为Double
//，在实现IUsu接口的方法时，使用String替换U, 是Double替换R
class AA implements IA {

    @Override
    public Double get(String s) {
        return null;
    }
    @Override
    public void hi(Double aDouble) {

    }
    @Override
    public void run(Double r1, Double r2, String u1, String u2) {

    }
}

//实现接口时，直接指定泛型接口的类型
//给U 指定Integer 给 R 指定了 Float
//所以，当我们实现IUsb方法时，会使用Integer替换U, 使用Float替换R
class BB implements IUsb<Integer, Float> {

    @Override
    public Float get(Integer integer) {
        return null;
    }

    @Override
    public void hi(Float aFloat) {

    }

    @Override
    public void run(Float r1, Float r2, Integer u1, Integer u2) {

    }
}
//没有指定类型，默认为Object
//建议直接写成 IUsb<Object,Object>
class CC implements IUsb { //等价 class CC implements IUsb<Object,Object> {
    @Override
    public Object get(Object o) {
        return null;
    }
    @Override
    public void hi(Object o) {
    }
    @Override
    public void run(Object r1, Object r2, Object u1, Object u2) {

    }

}

interface IUsb<U, R> {

    int n = 10;
    //U name; 不能这样使用

    //普通方法中，可以使用接口泛型
    R get(U u);

    void hi(R r);

    void run(R r1, R r2, U u1, U u2);

    //在jdk8 中，可以在接口中，使用默认方法, 也是可以使用泛型
    default R method(U u) {
        return null;
    }
}

8. 自定义泛型方法

基本语法
修饰符<T,R…>返回类型方法名(参数列表){}
注意细节
1.泛型方法，可以定义在普通类中,也可以定义在泛型类中
2.当泛型方法被调用时，类型会确定
3.public void eat(E e){}，修饰符后没有<T,R…> eat方法不是泛型方法，而是使用了泛型

public class CustomMethodGeneric {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        //当调用方法时，传入的参数，编译器就会确定类型
        car.fly("宝马", 100);
        System.out.println("==============");
        car.fly(100.1, 100);

        //测试
        // T->String  R->ArrayList
        Fish<String, ArrayList> fish = new Fish<>();
        fish.hello(new ArrayList(),1.1f);
    }
}

//泛型方法，可以定义到普通类中，也可以
class Car {
    public void run() {//普通方法

    }
    //1.<T, R>泛型，就是提供给 fly 使用的
    public<T, R> void fly(T t, R r) {//泛型方法
        System.out.println(t.getClass());
        System.out.println(r.getClass());
    }
}

class Fish<T, R> { //泛型类
    public void run() {//普通方法

    }
    public<U, M> void eat(U u, M m){//泛型方法

    }
    //1.下面hi方法不是泛型方法
    //2.hi方法使用了类声明，泛型
    public void hi(T t) {

    }
    //泛型方法，可以使用类声明的泛型，也可以使用自己声明泛型
    public<K> void hello(R r, K k) {
        System.out.println(r.getClass());
        System.out.println(k.getClass());
    }
}

在这里插入图片描述

练习：下面代码是否正确,如果有错误,修改正确,并说明输出什么?

public class CustomMethodGenericExercise {
    public static void main(String[] args) {
        //下面代码输出什么?
        // T->String R->Integer M->Double
        Apple<String,Integer,Double> apple = new Apple<>();
        apple.fly(10);//10会被自动装箱 Integer 10，输出 Integer
        apple.fly(new Dog());// Dog
    }
}

class Apple<T,R,M>{//自定义泛型类

    public<E> void fly(E e){//泛型方法
        System.out.println(e.getClass().getSimpleName());//类型的类名
    }

    //public void eat(U u){}//错误，因为 U 没有被声明

    public void run(M m){}//正确

}

class Dog {}

在这里插入图片描述

9. 泛型的继承和通配符

泛型的继承和通配符说明

泛型不具备继承性

List<Object> list = new ArrayList<String>();//错误

<?>：支持任意泛型类型
<? extends A>：支持A类以及A类的子类，规定了泛型的上限
<? super A>：支持A类以及A类的父类，不限于直接父类，规定了泛型的下限

举例说明：

public class GenericExtends {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new String("xdr");
        //List<Object> list = new ArrayList<String>();

        //举例说明下面三个方法的使用
        ArrayList<Object> list1 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();
        ArrayList<AA> list3 = new ArrayList<>();
        ArrayList<BB> list4 = new ArrayList<>();
        ArrayList<CC> list5 = new ArrayList<>();

        // List<?> c ,可以接收任意类型
        printCollection1(list1);
        printCollection1(list2);
        printCollection1(list3);
        printCollection1(list4);
        printCollection1(list5);

        // list<? extends AA> 可以接受 AA或AA子类
        printCollection2(list3);
        printCollection2(list4);
        printCollection2(list5);

        // list<? super AA> 可以接受AA类以及AA的父类，不限于直接父类
        printCollection3(list1);
        printCollection3(list3);
    }

    public static void printCollection1(List<?> c) {
        for (Object object : c) { //通配符，取出时，就是Object
            System.out.println(object);
        }
    }

    // ? extends AA 表示上限，可以接受 AA或AA子类
    public static void printCollection2(List<? extends AA> c){
        for (Object object : c) {
            System.out.println(object);
        }
    }

    // ? super 子类类名AA:支持AA类以及AA的父类，不限于直接父类
    //规定了泛型的下限
    public static void printCollection3(List<? super AA> c) {
        for (Object object : c) {
            System.out.println(object);
        }
    }


}

class AA {}

class BB extends AA {

}

class CC extends BB {

}

练习：
定义个泛型类 DAO，在其中定义一个Map成员变量，Map的键为String类型，值为T类型。
分别创建以下方法:
(1) public void save(String id,T entity)：保存T类型的对象到Map成员变量中
(2) public T get(String id)：从 map中获取id对应的对象
(3) public void update(String id,T entity)：替换map 中key为id的内容,改为entity对象
(4) public List<T> list()：返回map中存放的所有T对象
(5) public void delete(String id)：删除指定id对象
定义一个User 类:该类包含：private成员变量(int类型)id, age; (String类型）name。
创建DAO类的对象，分别调用其save、get、update、list、delete方法来操作User对象,使用Junit单元测试类进行测试。

DAO

public class DAO<T> {//泛型类
    private Map<String, T> map = new HashMap<>();

    public T get(String id) {
        return map.get(id);
    }

    public void update(String id, T entity) {
        map.put(id, entity);
    }
    //返回 map 中存放的所有 T 对象
    //遍历 map[k-v] ,将map的所有 value(T entity),封装到 ArrayList 返回即可
    public List<T> list() {
        List<T> list = new ArrayList<>();
        //遍历map
        Set<String> keySet = map.keySet();
        for (String key : keySet) {
            //map.get(key) 返回就是 User对象->ArrayList
            list.add(map.get(key));//也可以直接使用本类的 get(String id)
        }
        return list;
    }

    public void delete(String id) {
        map.remove(id);
    }

    public void save(String id, T entity) {//把entity保存到map
        map.put(id, entity);
    }
}

User

public class User {
    private int id;
    private int age;
    private String name;

    public User(int id, int age, String name) {
        this.id = id;
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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

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

	@Test
    public void testList() {
        //说明
        //这里给 T 指定类型是User
        DAO<User> dao = new DAO<>();
        dao.save("001", new User(1,10,"jack"));
        dao.save("002", new User(2,18,"tom"));
        dao.save("003", new User(3,20,"lucy"));

        List<User> list = dao.list();

        System.out.println("list=" + list);

        dao.update("003", new User(3, 22, "rose"));
        dao.delete("001");//删除
        System.out.println("===修改数据后====");
        list = dao.list();
        System.out.println("list=" + list);
        System.out.println("===单个获取数据===");
        System.out.println("id=003 " + dao.get("003"));

    }