1. 引言
JDK 1.5 中引入了新的语言成分, 泛型(Generics)是其中较为重要的一个.
简单的泛型(Defining Simple Generics)
以下代码摘自java.util包的List接口和Iterator接口的定义:
public interface List<E> {
void add(E x);
Iterator<E> iterator();
}
public interface Iterator<E> {
E next();
boolean hasNext();
}
类型参数
与尖括号有关的一些东西是JDK 5引入的新东西, 它们是List和Iterator接口的"形式的类型参数"(简称"类型形参")声明.
而在对泛型声明List进行调用时(例如: List<Integer>), 所有出现的类型形参(如
E)的地方, 都会被"实际的类型参数"(简称"类型实参", 如 Integer)所替换掉.
虽然与C++中的模板机制在形式上很想像, 但必需注意, Java中的泛型声明决不会在调用时被展成多份副本: 不论是在源码级, 二进制级, 还是在磁盘或内存中, 都不会被展开!
泛型声明只会也只需编译一次, 并生成一个类文件(class文件), 这一点跟普通的类或接口完全一样.
类型参数其实跟方法或构造器中所用的通常参数相类似. 一个方法中可以声明它用以处理的"形式的值参数", 相似地, 泛型声明也有其"形式的类型参数"; 当方法被调用时, 实际参数会替换形式参数, 然后执行方法体, 同样, 当泛型声明被调用时, 实际的类型参数会替换掉形式的类型参数.
关于命名约定的备注: 推荐使用精炼而简明(如, 单个字符)的方式为形式的类型参数命名. 最好避免使用小写字符, 以便与普通的类或接口的参数相区分开来. 许多宣传品类型使用 E 表示其元素的类型形参.
2. 泛类型与子类型化(Generics and Subtyping)
先看以下两行代码是否合法:
List<String> ls = new ArrayList<String>(); // 1
List<Object> lo = ls; // 2
第一行没问题, 关键在第二行代码, 大多数人会认为, "一个String的List自然更是一个Object的List", 因此, 第2行没问题.
好, 接着看以下代码:
lo.add(new Object()); // 3
String s = ls.get(0); // 4: 试图将一个Object赋给一个String!
可见, 通过别名lo, 我们能对ls, 一个String的列表, 进行数据操作(特别是插入一个Object), 从而导致ls不仅仅是容纳了String对象! 这是Java编译器不容许的! 编译时, 第2行会报告一个编译错误的.
通常, 若Foo是Bar的一个子类型(子类或子接口), G是某个泛型声明, 则G<Foo>并不是G<Bar>的一个子类型.
这一点往往是最难以理解的, 因为它和通常的直观相左. 在直观的理解中, 我们实际上假定了集合是不会变动的, 但java语言中则非如此.
3. 通配(Wildcards)
假定要输出一个集合中的所有元素. 以下分别是旧版本及新版本(JDK 1.5)中的写法:
void printCollection(Collection c) {
Iterator i = c.iterator();
for( k = 0; k < c.size(); k++) {
System.out.println( i.next() );
}}
void printCollection(Collection<Object> c) {
for(Object e : c) {
System.out.println(e);
}}
问题在于, 新版本反而不如旧版本更有用些. 因为旧版本能使用各种类型的集合作为参数, 但新版本则只能使用Collection<Object>. 而正如上节看到的, Collection<Object>并不是其它各种集合的超类型(父类型).
所有集合的超类型应该写作: Collection<?>, 读作: collection of unknown(未知集合), 即一个集合, 其元素类型可以与任何类型相匹配. 因此称这种类型为"通配类型".
正确实现上述旧版本的代码可以这么写:
void printCollection(Collection<?> c) {
for(Object e : c) {
System.out.println(e);
}}
这时, 可以用任意类型的集合来调用此方法. 注意在方法体中, 仍然从 c 中读入元素并赋给了Object, 这是没有错误的, 因此不论类型实参是何种集合, 它的元素都是object. 然而, 如果任意给它增加一个object则是不安全的:
Collection<?> c = new ArrayList<String>();
c.add(new Object()); // 编译时的错误
由于我们不知道c的元素类型是什么, 所以不能给它增加一个object. 方法add()接受一个类型E的参数, 而E与集合的元素类型相同. 当类型实参是?时, 它表示"未知的类型", 我们传递给add的参数必须是这个"未知类型"的子类型. 不幸的是, 既然类型未知, 也就无法决定其子类型, 于是什么也不能作为其参数. 唯一的例外是null, 因为null是所有类型的一个成员.
另一方面, 如果给了一个List<?>, 我们可以调用get()方法并使用其返回的元素. 虽然返回的元素类型是"未知类型", 但它总归是一个object, 因此将get()返回的元素赋给一个Object类型的变量, 或将其传递给一个可接受Object的参数都是安全的.
{to be continued}
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