Java数据结构----包装类简单认识泛型

目录

一、包装类

1.基本数据类型和对应的包装类

2.装箱和拆箱

3.自动装箱和自动拆箱       

二、什么是泛型

三、引出泛型

 1.语法

四、泛型类的使用

1.语法

2.示例

3 类型推导(Type Inference)

五、裸类型(Raw Type) （了解）

六、泛型如何编译的

1.擦除机制

2.为什么不能实例化泛型类型数组

 七、泛型的上界

1.语法

 2.示例

3.复杂示例

八、泛型方法

1.定义语法

2.示例

3.使用示例-可以类型推导         

4.使用示例-不使用类型推导

一、包装类

在Java中，由于基本类型不是继承自Object，为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了一个包装类型。

1.基本数据类型和对应的包装类

2.装箱和拆箱

拆箱：包装类型的变量的值给到基本类型的变量。

装箱：基本类型的变量的值给到包装类型的变量。

int i = 10;
// 装箱操作，新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
Integer ii = Integer.valueOf(i);
Integer ij = new Integer(i);
// 拆箱操作，将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中
int j = ii.intValue();

3.自动装箱和自动拆箱       

可以看到在使用过程中，装箱和拆箱带来不少的代码量，所以为了减少开发者的负担，java 提供了自动机制。

int i = 10;
Integer ii = i; // 自动装箱
Integer ij = (Integer)i; // 自动装箱
int j = ii; // 自动拆箱
int k = (int)ii; // 自动拆箱        

【面试题】
下列代码输出什么，为什么？

        public static void main(String[] args) {
                Integer a = 127;
                Integer b = 127;
                Integer c = 128;
                Integer d = 128;
                System.out.println(a == b);
                System.out.println(c == d);
        }

答案：true  

          false

对于Integer类型，在java内部对-128到127之间的值进行了缓存。当值超出了这个范围时，java会为他们创建新的Integer对象，值是相同的，引用不同；而127在这个范围内，引用相同。

二、什么是泛型

泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化。

三、引出泛型

实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值？

思路：
1. 我们以前学过的数组，只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; String[] strs = new String[10];
2. 所有类的父类，默认为Object类。数组是否可以创建为Object?

class MyArray {
        public Object[] array = new Object[10];
        public Object getPos(int pos) {
                return this.array[pos];
}
        public void setVal(int pos,Object val) {
                this.array[pos] = val;
        }
}
public class TestDemo {
        public static void main(String[] args) {
                MyArray myArray = new MyArray();
                myArray.setVal(0,10);
                myArray.setVal(1,"hello");//字符串也可以存放
                String ret = myArray.getPos(1);//编译报错
                System.out.println(ret);
        }
}

问题：以上代码实现后 发现
1. 任何类型数据都可以存放。
2. 1号下标本身就是字符串，但是确编译报错。必须进行强制类型转换。

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。所以，泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型。

 1.语法

    

class 泛型类名称<类型形参列表> {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
}

class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
// 可以只使用部分类型参数
}

class MyArray<T> {
        public T[] array = (T[])new Object[10];//1
        public T getPos(int pos) {
                return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
                this.array[pos] = val;
        }
}
public class TestDemo {
        public static void main(String[] args) {
                MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2
                myArray.setVal(0,10);
                myArray.setVal(1,12);
                int ret = myArray.getPos(1);//3
                System.out.println(ret);
                myArray.setVal(2,"bit");//4
        }
}

代码解释：
1. 类名后的 <T> 代表占位符，表示当前类是一个泛型类。
了解： 【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

  • E 表示 Element
  • K 表示 Key
  • V 表示 Value
  • N 表示 Number
  • T 表示 Type
  • S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

2. 注释1处，不能new泛型类型的数组。即：

T[] ts = new T[5];//是不对，泛型是编译期间存在的，当程序运行起来的时候到JVM之后，就没有泛型的概念了

上面代码：T[] array = (T[])new Object[10];是否就足够好，答案是未必的。这块问题一会儿介
绍。

3. 注释2处， MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2类型后加入 <Integer> 指定当前类型。
4. 注释3处，   int ret = myArray.getPos(1);//3 不需要进行强制类型转换。
5. 注释4处，  myArray.setVal(2,"bit");//4 代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查，要解决要传入String类型，跟上面的一样。

四、泛型类的使用

1.语法

泛型类<类型实参> 变量名; // 定义一个泛型类引用
new 泛型类<类型实参>(构造方法实参); // 实例化一个泛型类对象

2.示例

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

 注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

3 类型推导(Type Inference)

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写如：

MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 Integer

五、裸类型(Raw Type) （了解）

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如 MyArrayList 就是一个裸类型。

MyArray list = new MyArray();

注意： 我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制
下面的类型擦除部分，我们也会讲到编译器是如何使用裸类型的。
小结：

  • 1. 泛型是将数据类型参数化，进行传递。
  • 2. 使用 <T> 表示当前类是一个泛型类。
  • 3. 泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换。

六、泛型如何编译的

1.擦除机制

那么，泛型到底是怎么编译的？这个问题，也是曾经的一个面试问题。泛型本质是一个非常难的语法，要理解好他还是需要一定的时间打磨。

通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object。

在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：擦除机制。
Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。

有关泛型擦除机制的文章截介绍

提出问题：
1、那为什么，T[] ts = new T[5]; 是不对的，编译的时候，替换为Object，不是相当于：Object[] ts = new  Object[5]吗？//因为数组对类型检查较敏感。
2、类型擦除，一定是把T变成Object吗？//不一定，要看参数类型是否有边界（上界下面讲解）

2.为什么不能实例化泛型类型数组

class MyArray<T> {
        public T[] array = (T[])new Object[10];
        public T getPos(int pos) {
                return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
                this.array[pos] = val;
        }
        public T[] getArray() {    //此处出错
                return array;

        }
}
public static void main(String[] args) {
        MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>();
        Integer[] strings = myArray1.getArray();
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
at TestDemo.main(TestDemo.java:31)
 */

   原因：替换后的方法为：将Object[]分配给Integer[]引用，程序报错。     

public Object[] getArray() {
        return array;
}

通俗讲就是：返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Integer类型的数组，编译器认为是不安全的。       

正确的方式：【了解即可】

class MyArray<T> {
        public T[] array;
        public MyArray() {
        }
/**
* 通过反射创建，指定类型的数组
* @param clazz
* @param capacity
*/
        public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {
                array = (T[])Array.newInstance(clazz, capacity);
        }
        public T getPos(int pos) {
                return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
                this.array[pos] = val;
        }
        public T[] getArray() {
                return array;
        }
}        

        public static void main(String[] args) {
                MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);
                Integer[] integers = myArray1.getArray();
        }

 七、泛型的上界

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

1.语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
...
}

 2.示例

public class MyArray<E extends Number> {
...
}

只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参。

MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型

error: type argument String is not within bounds of type-variable E
MyArrayList<String> l2;
^
where E is a type-variable:
E extends Number declared in class MyArrayList

了解： 没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object 。

3.复杂示例

public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
...
}

  E必须是实现了Comparable接口的

八、泛型方法

1.定义语法

 方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) { ... }

2.示例

public class Util {
//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
        public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
                E t = array[i];
                array[i] = array[j];
                array[j] = t;
        }
}

3.使用示例-可以类型推导         

Integer[] a = { ... };
swap(a, 0, 9);
String[] b = { ... };
swap(b, 0, 9);

4.使用示例-不使用类型推导

Integer[] a = { ... };
Util.<Integer>swap(a, 0, 9);
String[] b = { ... };
Util.<String>swap(b, 0, 9);

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