Java 泛型 java泛型中?和T的区别

Java 在 5.0 时增加了泛型机制，据说专家们为此花费了 5 年左右的时间（听起来很不容易）。有了泛型之后，尤其是对集合类的使用，就变得更规范了。

看下面这段简单的代码。

ArrayList<String>?list?=?new?ArrayList<String>();
list.add("沉默王二");
String?str?=?list.get(0);
但在没有泛型之前该怎么办呢？

首先，我们需要使用 Object 数组来设计 Arraylist 类。

class?Arraylist?{
????private?Object[]?objs;
????private?int?i?=?0;
????public?void?add(Object?obj)?{
????????objs[i++]?=?obj;
????}

????public?Object?get(int?i)?{
????????return?objs[i];
????}
}
然后，我们向 Arraylist 中存取数据。

Arraylist?list?=?new?Arraylist();
list.add("沉默王二");
list.add(new?Date());
String?str?=?(String)list.get(0);
你有没有发现两个问题：

• Arraylist 可以存放任何类型的数据（既可以存字符串，也可以混入日期），因为所有类都继承自 Object 类。
• 从 Arraylist 取出数据的时候需要强制类型转换，因为编译器并不能确定你取的是字符串还是日期。

对比一下，你就能明显地感受到泛型的优秀之处：使用类型参数解决了元素的不确定性——参数类型为 String 的集合中是不允许存放其他类型元素的，取出数据的时候也不需要强制类型转换了。

首先，我们来按照泛型的标准重新设计一下 Arraylist 类。

class?Arraylist<E>?{
????private?Object[]?elementData;
????private?int?size?=?0;

????public?Arraylist(int?initialCapacity)?{
????????this.elementData?=?new?Object[initialCapacity];
????}

????public?boolean?add(E?e)?{
????????elementData[size++]?=?e;
????????return?true;
????}

????E?elementData(int?index)?{
????????return?(E)?elementData[index];
????}
}

一个泛型类就是具有一个或多个类型变量的类。Arraylist 类引入的类型变量为 E（Element，元素的首字母），使用尖括号 <> 括起来，放在类名的后面。

然后，我们可以用具体的类型（比如字符串）替换类型变量来实例化泛型类。

Arraylist<String>?list?=?new?Arraylist<String>();
list.add("沉默王三");
String?str?=?list.get(0);

Date 类型也可以的。

Arraylist<Date>?list?=?new?Arraylist<Date>();
list.add(new?Date());
Date?date?=?list.get(0);

其次，我们还可以在一个非泛型的类（或者泛型类）中定义泛型方法。

class?Arraylist<E>?{
????public?<T>?T[]?toArray(T[]?a)?{
????????return?(T[])?Arrays.copyOf(elementData,?size,?a.getClass());
????}
}

不过，说实话，泛型方法的定义看起来略显晦涩。来一副图吧（注意：方法返回类型和方法参数类型至少需要一个）。

现在，我们来调用一下泛型方法。

Arraylist<String>?list?=?new?Arraylist<>(4);
list.add("沉");
list.add("默");
list.add("王");
list.add("二");

String?[]?strs?=?new?String?[4];
strs?=?list.toArray(strs);

for?(String?str?:?strs)?{
????System.out.println(str);
}

最后，我们再来说说泛型变量的限定符 extends。在解释这个限定符之前，我们假设有三个类，它们之间的定义是这样的。

class?Wanglaoer?{
????public?String?toString()?{
????????return?"王老二";
????}
}

class?Wanger?extends?Wanglaoer{
????public?String?toString()?{
????????return?"王二";
????}
}

class?Wangxiaoer?extends?Wanger{
????public?String?toString()?{
????????return?"王小二";
????}
}

我们使用限定符 extends 来重新设计一下 Arraylist 类。

class?Arraylist<E?extends?Wanger>?{
}

当我们向 Arraylist 中添加 Wanglaoer 元素的时候，编译器会提示错误：Arraylist 只允许添加 Wanger 及其子类 Wangxiaoer 对象，不允许添加其父类 Wanglaoer。

Arraylist<Wanger>?list?=?new?Arraylist<>(3);
list.add(new?Wanger());
list.add(new?Wanglaoer());
//?The?method?add(Wanger)?in?the?type?Arraylist<Wanger>?is?not?applicable?for?the?arguments?
//?(Wanglaoer)
list.add(new?Wangxiaoer());

也就是说，限定符 extends 可以缩小泛型的类型范围。

啰嗦一句哈。我们编写的 Java 代码（也就是源码，后缀为 .java 的文件）是不能够被操作系统直接识别的，需要先编译，生成 .class 文件（也就是字节码文件）。然后 Java 虚拟机（JVM）会充当一个翻译官的角色，把字节码翻译给操作系统能听得懂的语言，告诉它该干嘛。

怎么确定虚拟机没有泛型呢？我们需要把泛型类的字节码进行反编译——强烈推荐超神反编译工具 Jad ！

现在，在命令行中敲以下代码吧（反编译 Arraylist 的字节码文件 Arraylist.class）。

jad?Arraylist.class

命令执行完后，会生成一个 Arraylist.jad 的文件，用文本编辑工具打开后的结果如下。

//?Decompiled?by?Jad?v1.5.8g.?Copyright?2001?Pavel?Kouznetsov.
//?Jad?home?page:?http://www.kpdus.com/jad.html
//?Decompiler?options:?packimports(3)?
//?Source?File?Name:???Arraylist.java

package?com.cmower.java_demo.fanxing;

import?java.util.Arrays;

class?Arraylist
{

????public?Arraylist(int?initialCapacity)
????{
????????size?=?0;
????????elementData?=?new?Object[initialCapacity];
????}

????public?boolean?add(Object?e)
????{
????????elementData[size++]?=?e;
????????return?true;
????}

????Object?elementData(int?index)
????{
????????return?elementData[index];
????}

????private?Object?elementData[];
????private?int?size;
}

类型变量 <E> 消失了，取而代之的是 Object ！

既然如此，那如果泛型类使用了限定符 extends，结果会怎么样呢？我们先来看看 Arraylist2 的源码。

class?Arraylist2<E?extends?Wanger>?{
????private?Object[]?elementData;
????private?int?size?=?0;

????public?Arraylist2(int?initialCapacity)?{
????????this.elementData?=?new?Object[initialCapacity];
????}

????public?boolean?add(E?e)?{
????????elementData[size++]?=?e;
????????return?true;
????}

????E?elementData(int?index)?{
????????return?(E)?elementData[index];
????}
}
字节码文件?Arraylist2.class?使用?Jad?反编译后的结果如下。
//?Decompiled?by?Jad?v1.5.8g.?Copyright?2001?Pavel?Kouznetsov.
//?Jad?home?page:?http://www.kpdus.com/jad.html
//?Decompiler?options:?packimports(3)?
//?Source?File?Name:???Arraylist2.java

package?com.cmower.java_demo.fanxing;


//?Referenced?classes?of?package?com.cmower.java_demo.fanxing:
//????????????Wanger

class?Arraylist2
{

????public?Arraylist2(int?initialCapacity)
????{
????????size?=?0;
????????elementData?=?new?Object[initialCapacity];
????}

????public?boolean?add(Wanger?e)
????{
????????elementData[size++]?=?e;
????????return?true;
????}

????Wanger?elementData(int?index)
????{
????????return?(Wanger)elementData[index];
????}

????private?Object?elementData[];
????private?int?size;
}

类型变量 <E extends Wanger> 不见了，E 被替换成了 Wanger。

通过以上两个例子说明，Java 虚拟机会将泛型的类型变量擦除，并替换为限定类型（没有限定的话，就用 Object）。

我们来看一下这段代码。

public?class?Cmower?{

????public?static?void?method(Arraylist<String>?list)?{
????????System.out.println("Arraylist<String>?list");
????}

????public?static?void?method(Arraylist<Date>?list)?{
????????System.out.println("Arraylist<Date>?list");
????}

}

在浅层的意识上，我们会想当然地认为 Arraylist<String> list 和 Arraylist<Date> list 是两种不同的类型，因为 String 和 Date 是不同的类。

但由于类型擦除的原因，以上代码是不会通过编译的——编译器会提示一个错误（这正是类型擦除引发的那些“问题”）：

Erasure of method method(Arraylist) is the same as another method in type
Cmower

Erasure of method method(Arraylist) is the same as another method in type
Cmower

大致的意思就是，这两个方法的参数类型在擦除后是相同的。

也就是说，method(Arraylist<String> list) 和 method(Arraylist<Date> list) 是同一种参数类型的方法，不能同时存在。类型变量 String 和 Date 在擦除后会自动消失，method 方法的实际参数是 Arraylist list。

有句俗话叫做：“百闻不如一见”，但即使见到了也未必为真——泛型的擦除问题就可以很好地佐证这个观点。

通配符使用英文的问号（?）来表示。在我们创建一个泛型对象时，可以使用关键字 extends 限定子类，也可以使用关键字 super 限定父类。

为了更好地解释通配符，我们需要对 Arraylist 进行一些改进。

class?Arraylist<E>?{
????private?Object[]?elementData;
????private?int?size?=?0;

????public?Arraylist(int?initialCapacity)?{
????????this.elementData?=?new?Object[initialCapacity];
????}

????public?boolean?add(E?e)?{
????????elementData[size++]?=?e;
????????return?true;
????}

????public?E?get(int?index)?{
????????return?(E)?elementData[index];
????}

????public?int?indexOf(Object?o)?{
????????if?(o?==?null)?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?<?size;?i++)
????????????????if?(elementData[i]==null)
????????????????????return?i;
????????}?else?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?<?size;?i++)
????????????????if?(o.equals(elementData[i]))
????????????????????return?i;
????????}
????????return?-1;
????}

????public?boolean?contains(Object?o)?{
????????return?indexOf(o)?>=?0;
????}

????public?String?toString()?{
????????StringBuilder?sb?=?new?StringBuilder();

????????for?(Object?o?:?elementData)?{
????????????if?(o?!=?null)?{
????????????????E?e?=?(E)o;
????????????????sb.append(e.toString());
????????????????sb.append(',').append('?');
????????????}
????????}
????????return?sb.toString();
????}

????public?int?size()?{
????????return?size;
????}

????public?E?set(int?index,?E?element)?{
????????E?oldValue?=?(E)?elementData[index];
????????elementData[index]?=?element;
????????return?oldValue;
????}
}

1）新增 indexOf(Object o) 方法，判断元素在 Arraylist 中的位置。注意参数为 Object 而不是泛型 E。

2）新增 contains(Object o) 方法，判断元素是否在 Arraylist 中。注意参数为 Object 而不是泛型 E。

3）新增 toString() 方法，方便对 Arraylist 进行打印。

4）新增 set(int index, E element) 方法，方便对 Arraylist 元素的更改。

你知道，Arraylist<Wanger> list = new Arraylist<Wangxiaoer>(); 这样的语句是无法通过编译的，尽管 Wangxiaoer 是 Wanger 的子类。但如果我们确实需要这种 “向上转型” 的关系，该怎么办呢？这时候就需要通配符来发挥作用了。

利用 <? extends Wanger> 形式的通配符，可以实现泛型的向上转型，来看例子。

Arraylist<??extends?Wanger>?list2?=?new?Arraylist<>(4);
list2.add(null);
//?list2.add(new?Wanger());
//?list2.add(new?Wangxiaoer());

Wanger?w2?=?list2.get(0);
//?Wangxiaoer?w3?=?list2.get(1);

list2 的类型是 Arraylist<? extends Wanger>，翻译一下就是，list2 是一个 Arraylist，其类型是 Wanger 及其子类。

注意，“关键”来了！list2 并不允许通过 add(E e) 方法向其添加 Wanger 或者 Wangxiaoer 的对象，唯一例外的是 null。为什么不能存呢？原因还有待探究（苦涩）。

那就奇了怪了，既然不让存放元素，那要 Arraylist<? extends Wanger> 这样的 list2 有什么用呢？

虽然不能通过 add(E e) 方法往 list2 中添加元素，但可以给它赋值。

Arraylist<Wanger>?list?=?new?Arraylist<>(4);

Wanger?wanger?=?new?Wanger();
list.add(wanger);

Wangxiaoer?wangxiaoer?=?new?Wangxiaoer();
list.add(wangxiaoer);

Arraylist<??extends?Wanger>?list2?=?list;

Wanger?w2?=?list2.get(1);
System.out.println(w2);

System.out.println(list2.indexOf(wanger));
System.out.println(list2.contains(new?Wangxiaoer()));

Arraylist<? extends Wanger> list2 = list; 语句把 list 的值赋予了 list2，此时 list2 == list。由于 list2 不允许往其添加其他元素，所以此时它是安全的——我们可以从容地对 list2 进行 get()、indexOf() 和 contains()。想一想，如果可以向 list2 添加元素的话，这 3 个方法反而变得不太安全，它们的值可能就会变。

利用 <? super Wanger> 形式的通配符，可以向 Arraylist 中存入父类是 Wanger 的元素，来看例子。

Arraylist<??super?Wanger>?list3?=?new?Arraylist<>(4);
list3.add(new?Wanger());
list3.add(new?Wangxiaoer());

//?Wanger?w3?=?list3.get(0);

需要注意的是，无法从 Arraylist<? super Wanger> 这样类型的 list3 中取出数据。为什么不能取呢？原因还有待探究（再次苦涩）。

虽然原因有待探究，但结论是明确的：<? extends T> 可以取数据，<? super T> 可以存数据。那么利用这一点，我们就可以实现数组的拷贝——<? extends T> 作为源（保证源不会发生变化），<? super T> 作为目标（可以保存值）。

public?class?Collections?{
????public?static?<T>?void?copy(Arraylist<??super?T>?dest,?Arraylist<??extends?T>?src)?{
????????for?(int?i?=?0;?i?<?src.size();?i++)
????????????dest.set(i,?src.get(i));
????}
}