Java學習_泛型

2021 年 1 月 6 日
筆記
JAVA

什麼是泛型。

Java標準庫提供的ArrayList內部就是一個Object[]數組，配合存儲一個當前分配的長度，就可以充當「可變數組」。

public class ArrayList {
    private Object[] array;
    private int size;
    public void add(Object e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public Object get(int index) {...}
}

如果用上述ArrayList存儲String類型，會有這麼幾個缺點：

需要強制轉型；
不方便，易出錯。

程式碼必須這麼寫：

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
// 獲取到Object，必須強制轉型為String:
String first = (String) list.get(0);

很容易出現ClassCastException，因為容易「誤轉型」。

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

要解決上述問題，我們可以為String單獨編寫一種ArrayList。

public class StringArrayList {
    private String[] array;
    private int size;
    public void add(String e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public String get(int index) {...}
}

這樣一來，存入的必須是String，取出的也一定是String，不需要強制轉型，因為編譯器會強制檢查放入的類型。

StringArrayList list = new StringArrayList();
list.add("Hello");
String first = list.get(0);
// 編譯錯誤: 不允許放入非String類型:
list.add(new Integer(123));

問題暫時解決。然而，新的問題是，如果要存儲Integer，還需要為Integer單獨編寫一種ArrayList。實際上，還需要為其他所有class單獨編寫一種ArrayList。

這是不可能的，JDK的class就有上千個，而且它還不知道其他人編寫的class。

為了解決新的問題，我們必須把ArrayList變成一種模板：ArrayList<T>

public class ArrayList<T> {
    private T[] array;
    private int size;
    public void add(T e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public T get(int index) {...}
}

T可以是任何class。這樣一來，我們就實現了：編寫一次模版，可以創建任意類型的ArrayList。

// 創建可以存儲String的ArrayList:
ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();
// 創建可以存儲Float的ArrayList:
ArrayList<Float> floatList = new ArrayList<Float>();
// 創建可以存儲Person的ArrayList:
ArrayList<Person> personList = new ArrayList<Person>();

這樣一來，既實現了編寫一次，萬能匹配，又通過編譯器保證了類型安全：這就是泛型。

向上轉型

在Java標準庫中的ArrayList<T>實現了List<T>介面，它可以向上轉型為List<T>。
```
public class ArrayList<T> implements List<T> {
    ...
}

List<String> list = new ArrayList<String>();
```
類型ArrayList<T>可以向上轉型為List<T>。不能把ArrayList<Integer>向上轉型為ArrayList<Number>或List<Number>。ArrayList<Integer>和ArrayList<Number>兩者完全沒有繼承關係。

使用泛型

使用ArrayList時，如果不定義泛型類型時，泛型類型實際上就是Object

編譯器如果能自動推斷出泛型類型，就可以省略後面的泛型類型。

// 可以省略後面的Number，編譯器可以自動推斷泛型類型：
List<Number> list = new ArrayList<>();

泛型介面

除了ArrayList<T>使用了泛型，還可以在介面中使用泛型。例如，Arrays.sort(Object[])可以對任意數組進行排序，但待排序的元素必須實現Comparable<T>這個泛型介面。

public interface Comparable<T> {
    /**
     * 返回負數: 當前實例比參數o小
     * 返回0: 當前實例與參數o相等
     * 返回正數: 當前實例比參數o大
     */
    int compareTo(T o);
}

可以直接對String數組進行排序。

// sort
import java.util.Arrays;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
            String[] ss = new String[] { "Orange", "Apple", "Pear" };
            Arrays.sort(ss);
            System.out.println(Arrays.toString(ss));    
            }
}

這是因為String本身已經實現了Comparable<String>介面。如果換成我們自定義的Person類型試試。

 1 // sort
 2 import java.util.Arrays;
 3 
 4 public class Main {
 5     public static void main(String[] args) {
 6         Person[] ps = new Person[] {
 7             new Person("Bob", 61),
 8             new Person("Alice", 88),
 9             new Person("Lily", 75),
10         };
11         Arrays.sort(ps);
12         System.out.println(Arrays.toString(ps));
13 
14     }
15 }
16 
17 class Person {
18     String name;
19     int score;
20     Person(String name, int score) {
21         this.name = name;
22         this.score = score;
23     }
24     public String toString() {
25         return this.name + "," + this.score;
26     }
27 }

運行程式，我們會得到ClassCastException，即無法將Person轉型為Comparable。我們修改程式碼，讓Person實現Comparable<T>介面。

 1 // sort
 2 import java.util.Arrays;
 3 
 4 public class Main {
 5     public static void main(String[] args) {
 6         Person[] ps = new Person[] {
 7             new Person("Bob", 61),
 8             new Person("Alice", 88),
 9             new Person("Lily", 75),
10         };
11         Arrays.sort(ps);
12         System.out.println(Arrays.toString(ps));
13     }
14 }
15 class Person implements Comparable<Person> {
16     String name;
17     int score;
18     Person(String name, int score) {
19         this.name = name;
20         this.score = score;
21     }
22     public int compareTo(Person other) {
23         return this.name.compareTo(other.name);
24     }
25     public String toString() {
26         return this.name + "," + this.score;
27     }
28 }

運行上述程式碼，可以正確實現按name進行排序。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　未完待續

Tags: JAVA