J2SE 5.0中的泛型
作者：Budi Kurniawan
翻譯：RR00
email：di_feng_ro@hotmail.com版權聲明：可以任意轉載，轉載時請務必以超鏈接形式標明文章原始出處和作者信息及本聲明
英文原文地址:
http://www.onjava.com/pub/a/onjava/2005/07/06/generics.html中文地址:
http://www.matrix.org.cn/resource/article/43/43634_java_generics.html關鍵詞： java generics java5
摘要泛型是J2SE 5.0最重要的特性。他們讓你寫一個type(類或接口）和創建一個實例通過傳遞一個或多個引用類型。這個實例受限于只能作用于這些類型。比如，在 java 5，java.util.List 已經被泛化。當建立一個list對象時，你通過傳遞一個java類型建立一個List實例，此list實例只能作用于所傳遞的類型。這意味著如果你傳遞一個String ,此List實例只能擁有String對象；如果你傳遞一個Integer，此實例只能存貯Integer對象。除了創建參數化的類型，你還能創建參數化的函數。
泛型的第一個好處是編譯時的嚴格類型檢查。這是集合框架最重要的特點。此外,泛型消除了絕大多數的類型轉換。在JDK 5.0之前，當你使用集合框架時，你不得不進行類型轉換。
本文將教你如何操作泛型。它的第一部分是“沒有泛型的日子”，先讓我們回憶老版本JDK的不便。然后，舉一些泛型的例子。在討論完語法以及有界泛型的使用之后，文章最后一章將解釋如何寫泛型。
沒有泛型的日子所有的java類都源自java.lang.Object,這意味著所有的JAVA對象能轉換成Object。因此，在之前的JDK的版本中，很多集合框架的函數接受一個Object參數。所以，collections是一個能持有任何對象的多用途工具，但帶來了不良的后果。
舉個簡單的例子，在JDK 5.0的之前版本中，類List的函數add接受一個Object參數：
public boolean add(java.lang.Object element)
所以你能傳遞任何類型給add。這是故意這么設計的。否則，它只能傳遞某種特定的對象，這樣就會出現各種List類型，如，StringList, EmployeeList, AddressList等。
add通過Object傳遞能帶來好處,現在我們考慮get函數(返回List中的一個元素).如下是JDK 5之前版本的定義：
public java.lang.Object get(int index) throws IndexOutOfBoundsException
get返回一個Object.不幸的事情從此開始了.假如你儲存了兩個String對象在一個List中:
List stringList1 = new ArrayList();
stringList1.add("Java 5");
stringList1.add("with generics");
當你想從stringList1取得一個元素時,你得到了一個Object.為了操作原來的類型元素,你不得不把它轉換為String。
String s1 = (String) stringList1.get(0);
但是,假如你曾經把一個非String對象加入stringList1中,上面的代碼會拋出一個ClassCastException. 有了泛型,你能創建一個單一用途的List實例.比如,你能創建一個只接受String對象的List實例,另外一個實例只能接受Employee對象. 這同樣適用于集合框架中的其他類型.
泛型入門像一個函數能接受參數一樣,一個泛型也能接受參數.這就是一個泛型經常被稱為一個參數化類型的原因.但是不像函數用()傳遞參數,泛型是用<>傳遞參數的.聲明一個泛型和聲明一個普通類沒有什么區別,只不過你把泛型的變量放在<>中.
比如,在JDK 5中,你可以這樣聲明一個java.util.List : List<E> myList;
E 稱為類型變量.意味著一個變量將被一個類型替代.替代類型變量的值將被當作參數或返回類型.對于List接口來說,當一個實例被創建以后,E 將被當作一個add或別的函數的參數.E 也會使get或別的參數的返回值.下面是add和get的定義:
boolean add<E o>
E get(int index)
NOTE:一個泛型在聲明或例示時允許你傳遞特定的類型變量: E.除此之外,如果E是個類，你可以傳遞子類；如果E是個接口，你可以傳遞實現接口的類；
-----------------------------譯者添加--------------------
List<Number> numberList= new ArrayList<Number>();
numberList.add(2.0);
numberList.add(2);
-----------------------------譯者添加--------------------如果你傳遞一個String給一個List，比如：
List<String> myList;
那么mylist的add函數將接受一個String作為他的參數，而get函數將返回一個String.因為返回了一個特定的類型，所以不用類型轉化了。
NOTE：根據慣例，我們使用一個唯一的大寫字目表示一個類型變量。為了創建一個泛型，你需在聲明時傳遞同樣的參數列表。比如，你要想創建一個ArrayList來操作String ，你必須把String放在<>中。如：
List<String> myList = new ArrayList<String>();
再比如，java.util.Map 是這么定義的：
public interface Map<K,V>
K用來聲明map鍵(KEY)的類型而V用來表示值(VALUE)的類型。put和values是這么定義的：
V put(K key, V value)
Collection<V> values()
NOTE:一個泛型不準直接的或間接的是java.lang.Throwable的子類。因為異常是在運行時拋出的,所以它不可能預言什么類型的異常將在編譯時拋出.
列表1的例子將比較List在JDK 1.4 和JDK1.5的不同
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
public class GenericListTest {
public static void main(String[] args) {
// in JDK 1.4
List stringList1 = new ArrayList();
stringList1.add("Java 1.0 - 5.0");
stringList1.add("without generics");
// cast to java.lang.String
String s1 = (String) stringList1.get(0);
System.out.println(s1.toUpperCase());
// now with generics in JDK 5
List<String> stringList2 = new ArrayList<String>();
stringList2.add("Java 5.0");
stringList2.add("with generics");
// no need for type casting
String s2 = stringList2.get(0);
System.out.println(s2.toUpperCase());
}
}
在列表1中，stringList2是個泛型。聲明List<String>告訴編譯器List的實例能接受一個String對象。當然，在另外的情況中，你能新建能接受各種對象的List實例。注意，當從List實例中返回成員元素時，不需要對象轉化，因為他返回的了你想要的類型，也就是 String.
NOTE:泛型的類型檢查(type checking)是在編譯時完成的.
最讓人感興趣的事情是，一個泛型是個類型并且能被當作一個類型變量。比如，你想你的List儲存lists of Strings,你能通過把List<String>作為他的類型變量來聲明List。比如：
List<List<String>> myListOfListsOfStrings;
要從myList中的第一個List重新取得String，你可以這么用：
String s = myListOfListsOfStrings.get(0).get(0);
下一個列表中的ListOfListsTest類示范了一個List（命名為listOfLists）接受一個String List作為參數。
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ListOfListsTest {
public static void main(String[] args) {
List<String> listOfStrings = new ArrayList<String>();
listOfStrings.add("Hello again");
List<List<String>> listOfLists = new ArrayList<List<String>>();
listOfLists.add(listOfStrings);
String s = listOfLists.get(0).get(0);
System.out.println(s); // prints "Hello again"
}
}
另外，一個泛型接受一個或多個類型變量。比如，java.util.Map有兩個類型變量s。第一個定義了鍵（key）的類型，第二個定義了值（value)的類型。下面的例子講教我們如何使用個一個泛型Map.
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class MapTest {
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("key1", "value1");
map.put("key2", "value2");
String value1 = map.get("key1");
}
}
在這個例子中，重新得到一個key1代表的String值，我們不需要任何類型轉換。
沒有參數的情況下使用泛型既然在J2SE 5.0中收集類型已經泛型化，那么，原來的使用這些類型的代碼將如何呢？很幸運，他們在JAVA 5中將繼續工作，因為你能使用沒有參數的泛型。比如，你能繼續像原來一樣使用List接口，正如下面的例子一樣。
List stringList1 = new ArrayList();
stringList1.add("Java 1.0 - 5.0");
stringList1.add("without generics");
String s1 = (String) stringList1.get(0);
一個沒有任何參數的泛型被稱為原型(raw type)。它意味著這些為JDK1.4或更早的版本而寫的代碼將繼續在java 5中工作。
盡管如此，一個需要注意的事情是，JDK５編譯器希望你使用帶參數的泛型。否則，編譯器將提示警告，因為他認為你可能忘了定義類型變量s。比如，編譯上面的代碼的時候你會看到下面這些警告，因為第一個List被認為是原型。
Note: com/brainysoftware/jdk5/app16/GenericListTest.java
uses unchecked or unsafe operations.
Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details.
當你使用原型時，如果你不想看到這些警告，你有幾個選擇來達到目的：
1.編譯時帶上參數-source 1.4
2.使用@SupressWarnings("unchecked")注釋
3.更新你的代碼，使用List<Object>. List<Object>的實例能接受任何類型的對象，就像是一個原型List。然而，編譯器不會報錯。
使用 ？ 通配符前面提過，如果你聲明了一個List<aType>, 那么這個List對aType起作用，所以你能儲存下面這些類型的對象：
1.一個aType的實例
2.它的子類的實例(如果aType是個類)
3.實現aType接口的類實例(如果aType是個接口)
但是，請注意，一個泛型本身是個JAVA類型，就像java.lang.String或java.io.File一樣。傳遞不同的類型變量給泛型可以創建不同的JAVA類型。比如，下面例子中list1和list2引用了不同的類型對象。
List<Object> list1 = new ArrayList<Object>();
List<String> list2 = new ArrayList<String>();
list1 指向了一個類型變量s為java.lang.Objects 的List而list2指向了一個類型變量s為String 的List。所以傳遞一個List<String>給一個參數為List<Object>的函數將導致compile time錯誤。下面列表可以說明：
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class AllowedTypeTest {
public static void doIt(List<Object> l) {
}
public static void main(String[] args) {
List<String> myList = new ArrayList<String>();
// 這里將產生一個錯誤
doIt(myList);
}
}
上面的代碼無法編譯，因為你試圖傳遞一個錯誤的類型給函數doIt。doIt的參數是List<Object>二你傳遞的參數是List<String>。
可以使用 ？ 通配符解決這個難題。List<?> 意味著一個對任何對象起作用的List。所以，doIt可以改為：
public static void doIt(List<?> l) {}在某些情況下你會考慮使用 ? 通配符。比如，你有一個printList函數，這個函數打印一個List的所有成員，你想讓這個函數對任何類型的List起作用時。否則，你只能累死累活的寫很多printList的重載函數。下面的列表引用了使用 ? 通配符的printList函數。
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class WildCardTest {
public static void printList(List<?> list) {
for (Object element : list) {
System.out.println(element);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<String> list1 = new ArrayList<String>();
list1.add("Hello");
list1.add("World");
printList(list1);
List<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>();
list2.add(100);
list2.add(200);
printList(list2);
}
}
這些代碼說明了在printList函數中，List<?>表示各種類型的List對象。然而，請注意，在聲明的時候使用 ? 通配符是不合法的，像這樣：
List<?> myList = new ArrayList<?>(); // 不合法
如果你想創建一個接收任何類型對象的List，你可以使用Object作為類型變量，就像這樣：
List<Object> myList = new ArrayList<Object>();
在函數中使用界限通配符在之前的章節中，你學會了通過傳遞不同的類型變量s來創建不同JAVA類型的泛型，但并不考慮類型變量s之間的繼承關系。在很多情況下，你想一個函數有不同的List參數。比如，你有一個函數getAverage，他返回了一個List中成員的平均值。然而，如果你把List<Number>作為getAverage的參數，你就沒法傳遞List<Integer> 或List<Double>參數，因為List<Number>和List<Integer> 和List<Double>不是同樣的類型。
你能使用原型或使用通配符，但這樣無法在編譯時進行安全類型檢查，因為你能傳遞任何類型的List，比如List<String>的實例。你可以使用List<Number>作為參數，但是你就只能傳遞 List<Number>給函數。但這樣就使你的函數功能減少，因為你可能更多的時候要操作List<Integer>或 List<Long>，而不是List<Number>。
J2SE5.0增加了一個規則來解決了這種約束，這個規則就是允許你定義一個上界(upper bound) 類型變量.在這種方式中，你能傳遞一個類型或它的子類。在上面getAverage函數的例子中，你能傳遞一個List<Number>或它的子類的實例，比如List<Integer> or List<Float>。
使用上界規則的語法這么定義的：GenericType<? extends upperBoundType>. 比如，對getAverage函數的參數，你可以這么寫List<? extends Number>. 下面例子說明了如何使用這種規則。
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class BoundedWildcardTest {
public static double getAverage(List<? extends Number> numberList)
{
double total = 0.0;
for (Number number : numberList)
total += number.doubleValue();
return total/numberList.size();
}
public static void main(String[] args) {
List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
integerList.add(3);
integerList.add(30);
integerList.add(300);
System.out.println(getAverage(integerList)); // 111.0
List<Double> doubleList = new ArrayList<Double>();
doubleList.add(3.0);
doubleList.add(33.0);
System.out.println(getAverage(doubleList)); // 18.0
}
}
由于有了上界規則，上面例子中的getAverage函數允許你傳遞一個List<Number> 或一個類型變量是任何java.lang.Number子類的List。
下界規則關鍵字extends定義了一個類型變量的上界。通過使用super關鍵字，我們可以定義一個類型變量的下界，盡管使用的情況不多。比如，如果一個函數的參數是List<? super Integer>，那么意味著你可以傳遞一個List<Integer>的實例或者任何java.lang.Integer的超類 (superclass)。
創建泛型前面的章節主要說明了如何使使用泛型，特別是集合框架中的類。現在我們開始學習如何寫自己的泛型。
基本上，除了聲明一些你想要使用的類型變量s外，一個泛型和別的類沒有什么區別。這些類型變量s位于類型后面的<>中。比如，下面的Point 就是個泛型。一個Point對象代表了一個系統中的點，它有橫坐標和縱坐標。通過使Point泛型化，你能定義一個點實例的精確程度。比如，如果一個 Point對象需要非常精確，你就把Double作為類型變量。否則，Integer 就夠了。
package com.brainysoftware.jdk5.app16;
public class Point<T> {
T x;
T y;
public Point(T x, T y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
public T getX() {
return x;
}
public T getY() {
return y;
}
public void setX(T x) {
this.x = x;
}
public void setY(T y) {
this.y = y;
}
}
在這個例子中，T是Point的類型變量 。T是getX和getY的返回值類型，也是setX和setY的參數類型。此外，構造函數結合兩個T參數。
使用point類就像使用別的類一樣。比如，下面的例子創建了兩個Point對象：ponint1和point2。前者把Integer作為類型變量，而后者把Double作為類型變量。
Point<Integer> point1 = new Point<Integer>(4, 2);
point1.setX(7);
Point<Double> point2 = new Point<Double>(1.3, 2.6);
point2.setX(109.91);
總結泛型使代碼在編譯時有了更嚴格的類型檢查。特別是在集合框架中，泛型有兩個作用。第一，他們增加了對集合類型在編譯時的類型檢查，所以集合類所能持有的類型對傳遞給它的參數類型起了限制作用。比如你創建了一個持有strings的java.util.List實例，那么他就將不能接受Integers或別的類型。其次，當你從一個集合中取得一個元素時，泛型消除了類型轉換的必要。
泛型能夠在沒有類型變量的情況下使用，比如，作為原型。這些措施讓Java 5之前的代碼能夠運行在JRE 5中。但是，對新的應用程序，你最好不要使用原型，因為以后Java可能不支持他們。
你已經知道通過傳遞不同類型的類型變量給泛型可以產生不同的JAVA類型。就是說List<String>和List< Object>的類型是不同的。盡管String是java.lang.Object。但是傳遞一個List<String>給一個參數是List<Object>的函數會參數會產生編譯錯誤（compile error）。函數能用 ? 通配符使其接受任何類型的參數。List<?> 意味著任何類型的對象。
最后，你已經看到了寫一個泛型和別的一般JAVA類沒有什么區別。你只需要在類型名稱后面的<>中聲明一系列的類型變量s就行了。這些類型變量s就是返回值類型或者參數類型。根據慣例，一個類型變量用一個大寫字母表示。
Budi Kurniawan是一個高級 J2EE 架構師和作家。