Java1.5泛型指南中文版(Java1.5 Generic Tutorial)

Java1.5泛型指南中文版(Java1.5 Generic Tutorial)

英文版pdf下载链接：http://java.sun.com/j2se/1.5/pdf/generics-tutorial.pdf

                                                 译者： [e-mail]

 

目        录

 

摘要和关键字... 1

1.       介绍... 1

2.       定义简单的泛型... 2

3.       泛型和子类继承... 3

4.       通配符(Wildcards). 4

4.1.       有限制的通配符(Bounded Wildcards). 5

5.       泛型方法... 6

6.       与旧代码交互... 9

6.1.       在泛型代码中使用老代码... 9

6.2.       擦除和翻译(Erasure and Translation). 10

6.3.     在老代码中使用泛型代码... 11

7.       要点(The Fine Print). 12

7.1.       一个泛型类被其所有调用共享... 12

7.2.       转型和instanceof13

7.3.       数组Arrays. 13

8.       Class Literals as Run-time Type Tokens. 14

9.       More fun with *. 16

9.1.       通配符匹配(wildcard capture). 18

10.     泛型化老代码... 18

11.     致谢... 20

 

摘要和关键字

       generics、type safe、type parameter(variable)、formal type parameter、actual type parameter、wildcards(?)、unknown type、? extends T、? super T、erasure、translation、cast、instanceof、arrays、Class Literals as Run-time Type Tokens、wildcard capture、multiple bounds(T extends T1& T2 ... & Tn)、covariant returns

     

 

1.            介绍

JDK1.5中引入了对java语言的多种扩展，泛型(generics)即其中之一。

这个教程的目标是向您介绍java的泛型(generic)。你可能熟悉其他语言的泛型，最著名的是C++的模板(templates)。如果这样，你很快就会看到两者的相似之处和重要差异。如果你不熟悉相似的语法结构，那么更好，你可以从头开始而不需要忘记误解。

Generics允许对类型进行抽象(abstract over types)。最常见的例子是集合类型(Container types)，Collection的类树中任意一个即是。

下面是那种典型用法：

       List myIntList = new LinkedList();// 1

        myIntList.add(new Integer(0));// 2

       Integer x = (Integer) myIntList.iterator().next();// 3

第3行的类型转换有些烦人。通常情况下，程序员知道一个特定的list里边放的是什么类型的数据。但是，这个类型转换是必须的(essential)。编译器只能保证iterator返回的是Object类型。为了保证对Integer类型变量赋值的类型安全，必须进行类型转换。

当然，这个类型转换不仅仅带来了混乱，它还可能产生一个运行时错误(run time error)，因为程序员可能会犯错。

程序员如何才能明确表示他们的意图，把一个list中的内容限制为一个特定的数据类型呢？这是generics背后的核心思想。这是上面程序片断的一个泛型版本:

       List<Integer> myIntList = new LinkedList<Integer>(); // 1

       myIntList.add(new Integer(0)); // 2

       Integer x = myIntList.iterator().next(); // 3

注意变量myIntList的类型声明。它指定这不是一个任意的List，而是一个Integer的List，写作：List<Integer>。我们说List是一个带一个类型参数的泛型接口(a generic interface that takes a type parameter)，本例中，类型参数是Integer。我们在创建这个List对象的时候也指定了一个类型参数。

另一个需要注意的是第3行没了类型转换。

现在，你可能认为我们已经成功地去掉了程序里的混乱。我们用第1行的类型参数取代了第3行的类型转换。然而，这里还有个很大的不同。编译器现在能够在编译时检查程序的正确性。当我们说myIntList被声明为List<Integer>类型，这告诉我们无论何时何地使用myIntList变量，编译器保证其中的元素的正确的类型。与之相反，一个类型转换说明程序员认为在那个代码点上它应该是那种类型。

实际结果是，这可以增加可读性和稳定性(robustness)，尤其在大型的程序中。

2.            定义简单的泛型

下面是从java.util包中的List接口和Iterator接口的定义中摘录的片断：

publicinterface List<E> {

           void add(E x);

           Iterator<E> iterator();

}

publicinterface Iterator<E> {

           E next();

           boolean hasNext();

}

这些都应该是很熟悉的，除了尖括号中的部分，那是接口List和Iterator中的形式类型参数的声明(the declarations of the formal type parameters of the interfaces List and Iterator)。

类型参数在整个类的声明中可用，几乎是所有可是使用其他普通类型的地方(但是有些重要的限制，请参考第7部分)。

（原文：Type parameters can be used throughout the generic declaration, pretty much where you would use ordinary types (though there are some important restrictions; see section 7)）

 

在介绍那一节我们看到了对泛型类型声明List(the generic type declaration List)的调用，如List<Integer>。在这个调用中(通常称作一个参数化类型a parameterized type)，所有出现形式类型参数(formal type parameter,这里是E)都被替换成实体类型参数(actual type argument)(这里是Integer)。

你可能想象,List<Integer>代表一个E被全部替换成Integer的版本：

publicinterfaceIntegerList {

voidadd(Integer x)

Iterator<Integer> iterator();

}

这种直觉可能有帮助，但是也可能导致误解。

它有帮助，因为List<Integer>的声明确实有类似这种替换的方法。

它可能导致误解，因为泛型声明绝不会实际的被这样替换。没有代码的多个拷贝，源码中没有、二进制代码中也没有；磁盘中没有，内存中也没有。如果你是一个C++程序员，你会理解这是和C++模板的很大的区别。

一个泛型类型的声明只被编译一次，并且得到一个class文件，就像普通的class或者interface的声明一样。

类型参数就跟在方法或构造函数中普通的参数一样。就像一个方法有形式参数(formal value parameters)来描述它操作的参数的种类一样，一个泛型声明也有形式类型参数(formal type parameters)。当一个方法被调用，实参(actual arguments)替换形参，方法体被执行。当一个泛型声明被调用，实际类型参数(actual type arguments)取代形式类型参数。

一个命名的习惯：我们推荐你用简练的名字作为形式类型参数的名字(如果可能，单个字符)。最好避免小写字母，这使它和其他的普通的形式参数很容易被区分开来。许多容器类型使用E作为其中元素的类型，就像上面举的例子。在后面的例子中还会有一些其他的命名习惯。

 

3.            泛型和子类继承

让我们测试一下我们对泛型的理解。下面的代码片断合法么？

List<String> ls = new ArrayList<String>(); //1

List<Object> lo = ls; //2

第1行当然合法，但是这个问题的狡猾之处在于第2行。

这产生一个问题：

一个String的List是一个Object的List么？大多数人的直觉是回答：“当然！”。

好，在看下面的几行：

lo.add(new Object()); // 3

String s = ls.get(0); // 4: 试图把Object赋值给String

这里，我们使用lo指向ls。我们通过lo来访问ls,一个String的list。我们可以插入任意对象进去。结果是ls中保存的不再是String。当我们试图从中取出元素的时候，会得到意外的结果。

java编译器当然会阻止这种情况的发生。第2行会导致一个编译错误。

总之，如果Foo是Bar的一个子类型(子类或者子接口)，而G是某种泛型声明，那么G<Foo>是G<Bar>的子类型并不成立!!

这可能是你学习泛型中最难理解的部分，因为它和你的直觉相反。

这种直觉的问题在于它假定这个集合不改变。我们的直觉认为这些东西都不可改变。

举例来说，如果一个交通部(DMV)提供一个驾驶员里表给人口普查局，这似乎很合理。我们想，一个List<Driver>是一个List<Person>，假定Driver是Person的子类型。实际上，我们传递的是一个驾驶员注册的拷贝。然而，人口普查局可能往驾驶员list中加入其他人，这破坏了交通部的记录。

为了处理这种情况，考虑一些更灵活的泛型类型很有用。到现在为止我们看到的规则限制比较大。

4.            通配符(Wildcards)

考虑写一个例程来打印一个集合(Collection)中的所有元素。下面是在老的语言中你可能写的代码：

            void printCollection(Collection c) {

                 Iterator i = c.iterator();

                 for (int k = 0; k < c.size(); k++) {

                       System.outi.next());.println(

                  }

} 

下面是一个使用泛型的幼稚的尝试(使用了新的循环语法):

      void printCollection(Collection<Object> c) {

           for (Object e : c) {

                 System.oute);.println(

           }

} 

问题是新版本的用处比老版本小多了。老版本的代码可以使用任何类型的collection作为参数，而新版本则只能使用Collection<Object>，我们刚才阐述了，它不是所有类型的collections的父类。

那么什么是各种collections的父类呢？它写作： Collection<?>(发音为:"collection of unknown")，就是，一个集合，它的元素类型可以匹配任何类型。显然，它被称为通配符。我们可以写：

void printCollection(Collection<?> c) {

for (Object e : c) {

System.out.println(e);

}

}

现在，我们可以使用任何类型的collection来调用它。注意，我们仍然可以读取c中的元素，其类型是Object。这永远是安全的，因为不管collection的真实类型是什么，它包含的都是objects。但是将任意元素加入到其中不是类型安全的：

Collection<?> c = new ArrayList<String>();

c.add(new Object()); // 编译时错误

因为我们不知道c的元素类型，我们不能向其中添加对象。

add方法有类型参数E作为集合的元素类型。我们传给add的任何参数都必须是一个未知类型的子类。因为我们不知道那是什么类型，所以我们无法传任何东西进去。唯一的例外是null，它是所有类型的成员。

另一方面，我们可以调用get()方法并使用其返回值。返回值是一个未知的类型，但是我们知道，它总是一个Object，因此把get的返回值赋值给一个Object类型的对象或者放在任何希望是Object类型的地方是安全的。

4.1.     有限制的通配符(Bounded Wildcards)

考虑一个简单的画图程序，它可以用来画各种形状，比如矩形和圆形。

为了在程序中表示这些形状，你可以定义下面的类继承结构：

publicabstractclass Shape {

publicabstractvoid draw(Canvas c);

}

publicclass Circle extends Shape {

privateint    x, y, radius;

publicvoid draw(Canvas c) { // ...

}

}

publicclass Rectangle extends Shape {

privateint    x, y, width, height;

publicvoid draw(Canvas c) {

// ...

}

}

这些类可以在一个画布(Canvas)上被画出来:

publicclass Canvas {

publicvoid draw(Shape s) {

s.draw(this);

}

}

所有的图形通常都有很多个形状。假定它们用一个list来表示，Canvas里有一个方法来画出所有的形状会比较方便：

     publicvoid drawAll(List<Shape> shapes) {

         for (Shape s : shapes) {

             s.draw(this);

         }

}

现在，类型规则导致drawAll()只能使用Shape的list来调用。它不能，比如说对List<Circle>来调用。这很不幸，因为这个方法所作的只是从这个list读取shape，因此它应该也能对List<Circle>调用。我们真正要的是这个方法能够接受一个任意种类的shape:

publicvoid drawAll(List<? extends Shape> shapes) { //..}

这里有一处很小但是很重要的不同:我们把类型 List<Shape> 替换成了List<? extends