Rising Sun

J2SE 5.0中的泛型
作者：Budi Kurniawan
翻译：RR00
email：di_feng_ro@hotmail.com

版权声明：可以任意转载，转载时请务必以超链接形式标明文章原始出处和作者信息及本声明
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
关键词： java generics java5

摘要
       泛型是J2SE 5.0最重要的特性。他们让你写一个type(类或接口）和创建一个实例通过传递一个或多个引用类型。这个实例受限于只能作用于这些类型。比如，在java 5，java.util.List 已经被泛化。当建立一个list对象时，你通过传递一个java类型建立一个List实例，此list实例只能作用于所传递的类型。这意味着如果你传递一个String ,此List实例只能拥有String对象；如果你传递一个Integer，此实例只能存贮Integer对象。除了创建参数化的类型，你还能创建参数化的函数。
     泛型的第一个好处是编译时的严格类型检查。这是集合框架最重要的特点。此外,泛型消除了绝大多数的类型转换。在JDK 5.0之前，当你使用集合框架时，你不得不进行类型转换。
     本文将教你如何操作泛型。它的第一部分是“没有泛型的日子”，先让我们回忆老版本JDK的不便。然后，举一些泛型的例子。在讨论完语法以及有界泛型的使用之后，文章最后一章将解释如何写泛型。
  

没有泛型的日子
     所有的java类都源自java.lang.Object,这意味着所有的JAVA对象能转换成Object。因此，在之前的JDK的版本中，很多集合框架的函数接受一个Object参数。所以，collections是一个能持有任何对象的多用途工具，但带来了不良的后果。

     举个简单的例子，在JDK 5.0的之前版本中，类List的函数add接受一个Object参数：

public boolean add(java.lang.Object element)

        所以你能传递任何类型给add。这是故意这么设计的。否则，它只能传递某种特定的对象，这样就会出现各种List类型，如，StringList, EmployeeList, AddressList等。
     add通过Object传递能带来好处,现在我们考虑get函数(返回List中的一个元素).如下是JDK 5之前版本的定义：

public java.lang.Object get(int index) throws IndexOutOfBoundsException

get返回一个Object.不幸的事情从此开始了.假如你储存了两个String对象在一个List中:

List stringList1 = new ArrayList();
stringList1.add("Java 5");
stringList1.add("with generics");

当你想从stringList1取得一个元素时,你得到了一个Object.为了操作原来的类型元素,你不得不把它转换为String。

String s1 = (String) stringList1.get(0);

但是,假如你曾经把一个非String对象加入stringList1中,上面的代码会抛出一个ClassCastException. 有了泛型,你能创建一个单一用途的List实例.比如,你能创建一个只接受String对象的List实例,另外一个实例只能接受Employee对象.这同样适用于集合框架中的其他类型.


泛型入门

   像一个函数能接受参数一样,一个泛型也能接受参数.这就是一个泛型经常被称为一个参数化类型的原因.但是不像函数用()传递参数,泛型是用<>传递参数的.声明一个泛型和声明一个普通类没有什么区别,只不过你把泛型的变量放在<>中.
     比如,在JDK 5中,你可以这样声明一个java.util.List :  List<E> myList;
E 称为类型变量.意味着一个变量将被一个类型替代.替代类型变量的值将被当作参数或返回类型.对于List接口来说,当一个实例被创建以后,E 将被当作一个add或别的函数的参数.E 也会使get或别的参数的返回值.下面是add和get的定义:

boolean add<E o>
E get(int index)

NOTE:一个泛型在声明或例示时允许你传递特定的类型变量: E.除此之外,如果E是个类，你可以传递子类；如果E是个接口，你可以传递实现接口的类；

-----------------------------译者添加--------------------
List<Number> numberList= new ArrayList<Number>();
   numberList.add(2.0);
   numberList.add(2);
-----------------------------译者添加--------------------

如果你传递一个String给一个List，比如：

List<String> myList;

那么mylist的add函数将接受一个String作为他的参数，而get函数将返回一个String.因为返回了一个特定的类型，所以不用类型转化了。

NOTE：根据惯例，我们使用一个唯一的大写字目表示一个类型变量。为了创建一个泛型，你需在声明时传递同样的参数列表。比如，你要想创建一个ArrayList来操作String ，你必须把String放在<>中。如：

List<String> myList = new ArrayList<String>();

再比如，java.util.Map 是这么定义的：

public interface Map<K,V>

K用来声明map键(KEY)的类型而V用来表示值(VALUE)的类型。put和values是这么定义的：

V put(K key, V value)
Collection<V> values()

NOTE:一个泛型不准直接的或间接的是java.lang.Throwable的子类。因为异常是在运行时抛出的,所以它不可能预言什么类型的异常将在编译时抛出.

列表1的例子将比较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是个泛型。声明List<String>告诉编译器List的实例能接受一个String对象。当然，在另外的情况中，你能新建能接受各种对象的List实例。注意，当从List实例中返回成员元素时，不需要对象转化，因为他返回的了你想要的类型，也就是String.

NOTE:泛型的类型检查(type checking)是在编译时完成的.

      最让人感兴趣的事情是，一个泛型是个类型并且能被当作一个类型变量。比如，你想你的List储存lists of Strings,你能通过把List<String>作为他的类型变量来声明List。比如：

List<List<String>> myListOfListsOfStrings;

要从myList中的第一个List重新取得String，你可以这么用：

String s = myListOfListsOfStrings.get(0).get(0);

下一个列表中的ListOfListsTest类示范了一个List（命名为listOfLists）接受一个String List作为参数。

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，一个泛型接受一个或多个类型变量。比如，java.util.Map有两个类型变量s。第一个定义了键（key）的类型，第二个定义了值（value)的类型。下面的例子讲教我们如何使用个一个泛型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");
  }
}

在这个例子中，重新得到一个key1代表的String值，我们不需要任何类型转换。

没有参数的情况下使用泛型

    既然在J2SE 5.0中收集类型已经泛型化，那么，原来的使用这些类型的代码将如何呢？很幸运，他们在JAVA 5中将继续工作，因为你能使用没有参数的泛型。比如，你能继续像原来一样使用List接口，正如下面的例子一样。

List stringList1 = new ArrayList();
stringList1.add("Java 1.0 - 5.0");
stringList1.add("without generics");
String s1 = (String) stringList1.get(0);

一个没有任何参数的泛型被称为原型(raw type)。它意味着这些为JDK1.4或更早的版本而写的代码将继续在java 5中工作。

尽管如此，一个需要注意的事情是，JDK５编译器希望你使用带参数的泛型。否则，编译器将提示警告，因为他认为你可能忘了定义类型变量s。比如，编译上面的代码的时候你会看到下面这些警告，因为第一个List被认为是原型。

Note: com/brainysoftware/jdk5/app16/GenericListTest.java
        uses unchecked or unsafe operations.
Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details.

当你使用原型时，如果你不想看到这些警告，你有几个选择来达到目的：
1.编译时带上参数-source 1.4
2.使用@SupressWarnings("unchecked")注释
3.更新你的代码，使用List<Object>. List<Object>的实例能接受任何类型的对象，就像是一个原型List。然而，编译器不会报错。

使用 ？ 通配符
   前面提过，如果你声明了一个List<aType>, 那么这个List对aType起作用，所以你能储存下面这些类型的对象：
1.一个aType的实例
2.它的子类的实例(如果aType是个类)
3.实现aType接口的类实例(如果aType是个接口)
但是，请注意，一个泛型本身是个JAVA类型，就像java.lang.String或java.io.File一样。传递不同的类型变量给泛型可以创建不同的JAVA类型。比如，下面例子中list1和list2引用了不同的类型对象。

List<Object> list1 = new ArrayList<Object>();
List<String> list2 = new ArrayList<String>();

list1指向了一个类型变量s为java.lang.Objects 的List而list2指向了一个类型变量s为String 的List。所以传递一个List<String>给一个参数为List<Object>的函数将导致compile time错误。下面列表可以说明：

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>();
    // 这里将产生一个错误
    doIt(myList);
  }
}

上面的代码无法编译，因为你试图传递一个错误的类型给函数doIt。doIt的参数是List<Object>二你传递的参数是List<String>。
可以使用 ？ 通配符解决这个难题。List<?> 意味着一个对任何对象起作用的List。所以，doIt可以改为：

public static void doIt(List<?> l) {}

    在某些情况下你会考虑使用 ? 通配符。比如，你有一个printList函数，这个函数打印一个List的所有成员，你想让这个函数对任何类型的List起作用时。否则，你只能累死累活的写很多printList的重载函数。下面的列表引用了使用 ? 通配符的printList函数。

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);
  }
}

这些代码说明了在printList函数中，List<?>表示各种类型的List对象。然而，请注意，在声明的时候使用 ? 通配符是不合法的，像这样：

List<?> myList = new ArrayList<?>(); // 不合法

如果你想创建一个接收任何类型对象的List，你可以使用Object作为类型变量，就像这样：

List<Object> myList = new ArrayList<Object>();

在函数中使用界限通配符
在之前的章节中，你学会了通过传递不同的类型变量s来创建不同JAVA类型的泛型，但并不考虑类型变量s之间的继承关系。在很多情况下，你想一个函数有不同的List参数。比如，你有一个函数getAverage，他返回了一个List中成员的平均值。然而，如果你把List<Number>作为getAverage的参数，你就没法传递List<Integer> 或List<Double>参数，因为List<Number>和List<Integer> 和List<Double>不是同样的类型。

你能使用原型或使用通配符，但这样无法在编译时进行安全类型检查，因为你能传递任何类型的List，比如List<String>的实例。你可以使用List<Number>作为参数，但是你就只能传递List<Number>给函数。但这样就使你的函数功能减少，因为你可能更多的时候要操作List<Integer>或List<Long>，而不是List<Number>。

J2SE5.0增加了一个规则来解决了这种约束，这个规则就是允许你定义一个上界(upper bound) 类型变量.在这种方式中，你能传递一个类型或它的子类。在上面getAverage函数的例子中，你能传递一个List<Number>或它的子类的实例，比如List<Integer> or List<Float>。

使用上界规则的语法这么定义的：GenericType<? extends upperBoundType>. 比如，对getAverage函数的参数，你可以这么写List<? extends Number>. 下面例子说明了如何使用这种规则。

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
  }
}

由于有了上界规则，上面例子中的getAverage函数允许你传递一个List<Number> 或一个类型变量是任何java.lang.Number子类的List。

下界规则
关键字extends定义了一个类型变量的上界。通过使用super关键字，我们可以定义一个类型变量的下界，尽管使用的情况不多。比如，如果一个函数的参数是List<? super Integer>，那么意味着你可以传递一个List<Integer>的实例或者任何java.lang.Integer的超类(superclass)。

创建泛型

前面的章节主要说明了如何使使用泛型，特别是集合框架中的类。现在我们开始学习如何写自己的泛型。

基本上，除了声明一些你想要使用的类型变量s外，一个泛型和别的类没有什么区别。这些类型变量s位于类型后面的<>中。比如，下面的Point就是个泛型。一个Point对象代表了一个系统中的点，它有横坐标和纵坐标。通过使Point泛型化，你能定义一个点实例的精确程度。比如，如果一个Point对象需要非常精确，你就把Double作为类型变量。否则，Integer 就够了。

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;
  }
}

在这个例子中，T是Point的类型变量 。T是getX和getY的返回值类型，也是setX和setY的参数类型。此外，构造函数结合两个T参数。
使用point类就像使用别的类一样。比如，下面的例子创建了两个Point对象：ponint1和point2。前者把Integer作为类型变量，而后者把Double作为类型变量。

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);

总结
泛型使代码在编译时有了更严格的类型检查。特别是在集合框架中，泛型有两个作用。第一，他们增加了对集合类型在编译时的类型检查，所以集合类所能持有的类型对传递给它的参数类型起了限制作用。比如你创建了一个持有strings的java.util.List实例，那么他就将不能接受Integers或别的类型。其次，当你从一个集合中取得一个元素时，泛型消除了类型转换的必要。
泛型能够在没有类型变量的情况下使用，比如，作为原型。这些措施让Java 5之前的代码能够运行在JRE 5中。但是，对新的应用程序，你最好不要使用原型，因为以后Java可能不支持他们。

你已经知道通过传递不同类型的类型变量给泛型可以产生不同的JAVA类型。就是说List<String>和List<Object>的类型是不同的。尽管String是java.lang.Object。但是传递一个List<String>给一个参数是List<Object>的函数会参数会产生编译错误（compile error）。函数能用 ? 通配符使其接受任何类型的参数。List<?> 意味着任何类型的对象。
最后，你已经看到了写一个泛型和别的一般JAVA类没有什么区别。你只需要在类型名称后面的<>中声明一系列的类型变量s就行了。这些类型变量s就是返回值类型或者参数类型。根据惯例，一个类型变量用一个大写字母表示。