1. 引言
JDK 1.5 中引入了新的語言成分, 泛型(Generics)是其中較為重要的一個(gè).
簡(jiǎn)單的泛型(Defining Simple Generics)
以下代碼摘自java.util包的List接口和Iterator接口的定義:
public interface List<E> {
? void add(E x);
? Iterator<E> iterator();
}
public interface Iterator<E> {
? E next();
? boolean hasNext();
}
類型參數(shù)
與尖括號(hào)有關(guān)的一些東西是JDK 5引入的新東西, 它們是List和Iterator接口的"形式的類型參數(shù)"(簡(jiǎn)稱"類型形參")聲明.
而在對(duì)泛型聲明List進(jìn)行調(diào)用時(shí)(例如: List<Integer>), 所有出現(xiàn)的類型形參(如
E)的地方, 都會(huì)被"實(shí)際的類型參數(shù)"(簡(jiǎn)稱"類型實(shí)參", 如 Integer)所替換掉.
雖然與C++中的模板機(jī)制在形式上很想像, 但必需注意, Java中的泛型聲明決不會(huì)在調(diào)用時(shí)被展成多份副本: 不論是在源碼級(jí), 二進(jìn)制級(jí), 還是在磁盤或內(nèi)存中, 都不會(huì)被展開!
泛型聲明只會(huì)也只需編譯一次, 并生成一個(gè)類文件(class文件), 這一點(diǎn)跟普通的類或接口完全一樣.
類型參數(shù)其實(shí)跟方法或構(gòu)造器中所用的通常參數(shù)相類似. 一個(gè)方法中可以聲明它用以處理的"形式的值參數(shù)", 相似地, 泛型聲明也有其"形式的類型參數(shù)"; 當(dāng)方法被調(diào)用時(shí), 實(shí)際參數(shù)會(huì)替換形式參數(shù), 然后執(zhí)行方法體, 同樣, 當(dāng)泛型聲明被調(diào)用時(shí), 實(shí)際的類型參數(shù)會(huì)替換掉形式的類型參數(shù).
關(guān)于命名約定的備注: 推薦使用精煉而簡(jiǎn)明(如, 單個(gè)字符)的方式為形式的類型參數(shù)命名. 最好避免使用小寫字符, 以便與普通的類或接口的參數(shù)相區(qū)分開來. 許多宣傳品類型使用 E 表示其元素的類型形參.
2. 泛類型與子類型化(Generics and Subtyping)
先看以下兩行代碼是否合法:
List<String> ls = new ArrayList<String>(); // 1
List<Object> lo = ls; // 2
第一行沒問題, 關(guān)鍵在第二行代碼, 大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為, "一個(gè)String的List自然更是一個(gè)Object的List", 因此, 第2行沒問題.
好, 接著看以下代碼:
lo.add(new Object()); // 3
String s = ls.get(0); // 4: 試圖將一個(gè)Object賦給一個(gè)String!
可見, 通過別名lo, 我們能對(duì)ls, 一個(gè)String的列表, 進(jìn)行數(shù)據(jù)操作(特別是插入一個(gè)Object), 從而導(dǎo)致ls不僅僅是容納了String對(duì)象! 這是Java編譯器不容許的! 編譯時(shí), 第2行會(huì)報(bào)告一個(gè)編譯錯(cuò)誤的.
通常, 若Foo是Bar的一個(gè)子類型(子類或子接口), G是某個(gè)泛型聲明, 則G<Foo>并不是G<Bar>的一個(gè)子類型.
這一點(diǎn)往往是最難以理解的, 因?yàn)樗屯ǔ５闹庇^相左. 在直觀的理解中, 我們實(shí)際上假定了集合是不會(huì)變動(dòng)的, 但java語言中則非如此.
3. 通配(Wildcards)
假定要輸出一個(gè)集合中的所有元素. 以下分別是舊版本及新版本(JDK 1.5)中的寫法:
void printCollection(Collection c) {
? Iterator i = c.iterator();
? for( k = 0; k < c.size(); k++) {
??? System.out.println( i.next() );
}}
void printCollection(Collection<Object> c) {
? for(Object e : c) {
??? System.out.println(e);
}}
問題在于, 新版本反而不如舊版本更有用些. 因?yàn)榕f版本能使用各種類型的集合作為參數(shù), 但新版本則只能使用Collection<Object>. 而正如上節(jié)看到的, Collection<Object>并不是其它各種集合的超類型(父類型).
所有集合的超類型應(yīng)該寫作: Collection<?>, 讀作: collection of unknown(未知集合), 即一個(gè)集合, 其元素類型可以與任何類型相匹配. 因此稱這種類型為"通配類型".
正確實(shí)現(xiàn)上述舊版本的代碼可以這么寫:
void printCollection(Collection<?> c) {
? for(Object e : c) {
??? System.out.println(e);
}}
這時(shí), 可以用任意類型的集合來調(diào)用此方法. 注意在方法體中, 仍然從 c 中讀入元素并賦給了Object, 這是沒有錯(cuò)誤的, 因此不論類型實(shí)參是何種集合, 它的元素都是object. 然而, 如果任意給它增加一個(gè)object則是不安全的:
Collection<?> c = new ArrayList<String>();
c.add(new Object()); // 編譯時(shí)的錯(cuò)誤
由于我們不知道c的元素類型是什么, 所以不能給它增加一個(gè)object. 方法add()接受一個(gè)類型E的參數(shù), 而E與集合的元素類型相同. 當(dāng)類型實(shí)參是?時(shí), 它表示"未知的類型", 我們傳遞給add的參數(shù)必須是這個(gè)"未知類型"的子類型. 不幸的是, 既然類型未知, 也就無法決定其子類型, 于是什么也不能作為其參數(shù). 唯一的例外是null, 因?yàn)閚ull是所有類型的一個(gè)成員.
另一方面, 如果給了一個(gè)List<?>, 我們可以調(diào)用get()方法并使用其返回的元素. 雖然返回的元素類型是"未知類型", 但它總歸是一個(gè)object, 因此將get()返回的元素賦給一個(gè)Object類型的變量, 或?qū)⑵鋫鬟f給一個(gè)可接受Object的參數(shù)都是安全的.