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Java泛型类和泛型方法是Java泛型编程中的重要组成部分。它们允许开发者编写类型安全且高度复用的代码。下面详细介绍泛型类和泛型方法的概念、用法和示例。

泛型类

泛型类是在类定义中使用类型参数的类,可以指定具体的类型实例化该类。这样可以确保类型安全,并且提高代码的复用性。

声明泛型类

泛型类的声明格式如下:

1public class ClassName<TypeParameters> {
2    // 类成员
3}

其中,TypeParameters是一个或多个类型参数的列表,用逗号分隔。类型参数通常使用大写字母表示,如TEKV等。

示例1:简单泛型类
1public class Box<T> {
2    private T item;
3
4    public Box(T item) {
5        this.item = item;
6    }
7
8    public T getItem() {
9        return item;
10    }
11
12    public void setItem(T item) {
13        this.item = item;
14    }
15}
16
17// 使用泛型类
18Box<String> stringBox = new Box<>("Hello");
19String value = stringBox.getItem(); // 编译时类型检查

在这个例子中,Box类使用类型参数T,表示可以存储任何类型的对象。实例化时指定具体类型,如Box<String>

示例2:泛型类的继承

泛型类也可以继承其他类,并且可以指定父类的类型参数。

1public class Box<T> {
2    private T item;
3
4    public Box(T item) {
5        this.item = item;
6    }
7
8    public T getItem() {
9        return item;
10    }
11
12    public void setItem(T item) {
13        this.item = item;
14    }
15}
16
17public class NumberBox<T extends Number> extends Box<T> {
18    public NumberBox(T item) {
19        super(item);
20    }
21}
22
23// 使用泛型类的继承
24NumberBox<Integer> intBox = new NumberBox<>(123);
25Integer value = intBox.getItem(); // 编译时类型检查

在这个例子中,NumberBox类继承自Box类,并且指定了类型参数T必须是Number的子类型。

泛型方法

泛型方法是在方法定义中使用类型参数的方法,可以在非泛型类或接口中声明。泛型方法允许在方法内部使用泛型类型参数,从而实现类型安全的代码。

声明泛型方法

泛型方法的声明格式如下:

1public ReturnType methodName<TypeParameters>(ParameterTypes...) {
2    // 方法体
3}

其中,TypeParameters是一个或多个类型参数的列表,用逗号分隔。

示例1:简单泛型方法
1public class Utility {
2    public static <T> void printArray(T[] array) {
3        for (T element : array) {
4            System.out.println(element);
5        }
6    }
7}
8
9// 使用泛型方法
10Integer[] intArray = {1, 2, 3};
11Utility.printArray(intArray);

在这个例子中,printArray方法使用类型参数T,表示可以处理任何类型的数组。调用时指定具体类型,如Integer[]

示例2:泛型方法的返回值

泛型方法也可以返回泛型类型的值。

1public class Utility {
2    public static <T> T max(T[] array, Comparator<T> comparator) {
3        if (array == null || array.length == 0) {
4            throw new IllegalArgumentException("Array must not be null or empty.");
5        }
6
7        T maxElement = array[0];
8        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
9            if (comparator.compare(array[i], maxElement) > 0) {
10                maxElement = array[i];
11            }
12        }
13
14        return maxElement;
15    }
16}
17
18// 使用泛型方法的返回值
19Integer[] intArray = {1, 2, 3};
20Comparator<Integer> comparator = Integer::compare;
21Integer maxValue = Utility.max(intArray, comparator);
22System.out.println("Max value: " + maxValue); // 输出 Max value: 3

在这个例子中,max方法返回最大值,类型参数T表示数组元素的类型。

泛型类与泛型方法的组合

泛型类和泛型方法可以结合使用,以实现更加灵活的类型安全代码。

示例3:泛型类与泛型方法的组合
1public class Box<T> {
2    private T item;
3
4    public Box(T item) {
5        this.item = item;
6    }
7
8    public T getItem() {
9        return item;
10    }
11
12    public void setItem(T item) {
13        this.item = item;
14    }
15
16    public <U> void swap(Box<U> other) {
17        T temp = this.item;
18        this.item = other.getItem();
19        other.setItem(temp);
20    }
21}
22
23// 使用泛型类与泛型方法的组合
24Box<Integer> intBox = new Box<>(123);
25Box<String> stringBox = new Box<>("Hello");
26
27intBox.swap(stringBox);
28
29Integer intValue = intBox.getItem(); // 输出 Hello
30String stringValue = stringBox.getItem(); // 输出 123

在这个例子中,Box类有一个泛型方法swap,用于交换两个不同类型的Box对象的内容。

类型通配符

类型通配符通常使用?表示,可以表示任何类型。这在处理不确定类型的集合时非常有用。

示例4:使用类型通配符
1public class Utility {
2    public static void printCollection(Collection<?> collection) {
3        for (Object element : collection) {
4            System.out.println(element);
5        }
6    }
7}
8
9// 使用类型通配符
10List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
11Utility.printCollection(intList);

在这个例子中,printCollection方法接受任何类型的Collection,使用类型通配符?

泛型的限制

虽然泛型提供了类型安全和代码复用的优点,但也有一些限制:

  1. 类型擦除:泛型类型在编译时进行类型检查,但在运行时会被擦除成对应的原始类型。
  2. 通配符限制:使用类型通配符时需要注意限制条件,避免类型错误。
  3. 强制类型转换:尽管使用泛型可以减少强制类型转换,但在某些情况下仍然需要显式的类型转换。

总结

Java泛型类和泛型方法是Java泛型编程的重要组成部分。它们允许开发者编写类型安全且高度复用的代码。通过使用泛型类和泛型方法,可以显著提高代码的可读性和可维护性。掌握这些基本概念和用法后,可以进一步探索更高级的泛型特性,如泛型通配符、边界类型等,以实现更加复杂的类型安全需求。


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