什么是泛型

在讲解什么是泛型之前，我们先观察Java标准库提供的ArrayList，它可以看作“可变长度”的数组，因为用起来比数组更方便。

实际上ArrayList内部就是一个Object[]数组，配合存储一个当前分配的长度，就可以充当“可变数组”：

  1. public class ArrayList {
  2.     private Object[] array;
  3.     private int size;
  4.     public void add(Object e) {...}
  5.     public void remove(int index) {...}
  6.     public Object get(int index) {...}
  7. }

如果用上述ArrayList存储String类型，会有这么几个缺点：

  • 需要强制转型；

  • 不方便，易出错。

例如，代码必须这么写：

  1. ArrayList list = new ArrayList();
  2. list.add("Hello");
  3. // 获取到Object，必须强制转型为String:
  4. String first = (String) list.get(0);

很容易出现ClassCastException，因为容易“误转型”：

  1. list.add(new Integer(123));
  2. // ERROR: ClassCastException:
  3. String second = (String) list.get(1);

要解决上述问题，我们可以为String单独编写一种ArrayList：

  1. public class StringArrayList {
  2.     private String[] array;
  3.     private int size;
  4.     public void add(String e) {...}
  5.     public void remove(int index) {...}
  6.     public String get(int index) {...}
  7. }

这样一来，存入的必须是String，取出的也一定是String，不需要强制转型，因为编译器会强制检查放入的类型：

  1. StringArrayList list = new StringArrayList();
  2. list.add("Hello");
  3. String first = list.get(0);
  4. // 编译错误: 不允许放入非String类型:
  5. list.add(new Integer(123));

问题暂时解决。

然而，新的问题是，如果要存储Integer，还需要为Integer单独编写一种ArrayList：

  1. public class IntegerArrayList {
  2.     private Integer[] array;
  3.     private int size;
  4.     public void add(Integer e) {...}
  5.     public void remove(int index) {...}
  6.     public Integer get(int index) {...}
  7. }

实际上，还需要为其他所有class单独编写一种ArrayList：

  • LongArrayList
  • DoubleArrayList
  • PersonArrayList
  • …

这是不可能的，JDK的class就有上千个，而且它还不知道其他人编写的class。

为了解决新的问题，我们必须把ArrayList变成一种模板：ArrayList<T>，代码如下：

  1. public class ArrayList<T> {
  2.     private T[] array;
  3.     private int size;
  4.     public void add(T e) {...}
  5.     public void remove(int index) {...}
  6.     public T get(int index) {...}
  7. }

T可以是任何class。这样一来，我们就实现了：编写一次模版，可以创建任意类型的ArrayList：

  1. // 创建可以存储String的ArrayList:
  2. ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();
  3. // 创建可以存储Float的ArrayList:
  4. ArrayList<Float> floatList = new ArrayList<Float>();
  5. // 创建可以存储Person的ArrayList:
  6. ArrayList<Person> personList = new ArrayList<Person>();

因此，泛型就是定义一种模板，例如ArrayList<T>，然后在代码中为用到的类创建对应的ArrayList<类型>：

  1. ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();

由编译器针对类型作检查：

  1. strList.add("hello"); // OK
  2. String s = strList.get(0); // OK
  3. strList.add(new Integer(123)); // compile error!
  4. Integer n = strList.get(0); // compile error!

这样一来，既实现了编写一次，万能匹配，又通过编译器保证了类型安全：这就是泛型。

向上转型

在Java标准库中的ArrayList<T>实现了List<T>接口，它可以向上转型为List<T>：

  1. public class ArrayList<T> implements List<T> {
  2.     ...
  3. }
  5. List<String> list = new ArrayList<String>();

即类型ArrayList<T>可以向上转型为List<T>。

要特别注意：不能把ArrayList<Integer>向上转型为ArrayList<Number>或List<Number>。

这是为什么呢？假设ArrayList<Integer>可以向上转型为ArrayList<Number>，观察一下代码：

  1. // 创建ArrayList<Integer>类型：
  2. ArrayList<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
  3. // 添加一个Integer：
  4. integerList.add(new Integer(123));
  5. // “向上转型”为ArrayList<Number>：
  6. ArrayList<Number> numberList = integerList;
  7. // 添加一个Float，因为Float也是Number：
  8. numberList.add(new Float(12.34));
  9. // 从ArrayList<Integer>获取索引为1的元素（即添加的Float）：
  10. Integer n = integerList.get(1); // ClassCastException!

我们把一个ArrayList<Integer>转型为ArrayList<Number>类型后，这个ArrayList<Number>就可以接受Float类型，因为Float是Number的子类。但是，ArrayList<Number>实际上和ArrayList<Integer>是同一个对象，也就是ArrayList<Integer>类型，它不可能接受Float类型， 所以在获取Integer的时候将产生ClassCastException。

实际上，编译器为了避免这种错误，根本就不允许把ArrayList<Integer>转型为ArrayList<Number>。

ArrayList<Integer>和ArrayList<Number>两者完全没有继承关系。

小结

泛型就是编写模板代码来适应任意类型；

泛型的好处是使用时不必对类型进行强制转换，它通过编译器对类型进行检查；

注意泛型的继承关系：可以把ArrayList<Integer>向上转型为List<Integer>（T不能变！），但不能把ArrayList<Integer>向上转型为ArrayList<Number>（T不能变成父类）。

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什么是泛型 - 图1