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泛型

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巢狀類 Java 程式設計
泛型 		聚合
導航 類和物件 主題：( v • d • e )

Java 是一種強型別語言，因此類中的欄位可以這樣型別化

Computer code 程式碼清單 4.34：Repository.java 
public class Repository {

   public Integer item;

   public Integer getItem() {
      return item;
   }

   public void setItem(Integer newItem) {
      item = newItem;
   }
}

這確保了只有 Integer 物件可以放入欄位中，並且在執行時不會發生 ClassCastException，只會發生編譯時錯誤。不幸的是，它只能用於 Integer 物件。如果你想在另一個使用 String 的上下文中使用相同的類，你必須像這樣泛化型別

Computer code 程式碼清單 4.35：Repository.java 
public class Repository {

   public Object item;

   public Object getItem() {
      return item;
   }

   public void setItem(Integer newItem) {
      item = newItem;
   }

   public void setItem(String newItem) {
      item = newItem;
   }
}

但是你將在執行時再次遇到 ClassCastException，並且你不能輕鬆地使用你的欄位。解決方案是使用 泛型。

泛型類

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泛型類不會硬編碼欄位、返回值或引數的型別。該類只表示對於給定的物件例項，泛型型別應該相同。泛型型別未在類定義中指定。它是在物件例項化期間指定的。這允許泛型型別在從一個例項到另一個例項時不同。因此，我們應該這樣編寫我們的類

Computer code 程式碼清單 4.36：Repository.java 
public class Repository<T> {

   public T item;

   public T getItem() {
      return item;
   }

   public void setItem(T newItem) {
      item = newItem;
   }
}

這裡，泛型型別是在類名之後定義的。可以選擇任何新的識別符號。這裡，我們選擇了T，這是最常見的選擇。實際型別是在物件例項化時定義的

Example 程式碼節 4.35：例項化。 
Repository<Integer> arithmeticRepository = new Repository<Integer>();
arithmeticRepository.setItem(new Integer(1));
Integer number = arithmeticRepository.getItem();

Repository<String> textualRepository = new Repository<String>();
textualRepository.setItem("Hello!");
String message = textualRepository.getItem();

雖然每個物件例項都有自己的型別，但每個物件例項仍然是強型別的

Warning 程式碼節 4.36：編譯錯誤。 
Repository<Integer> arithmeticRepository = new Repository<Integer>();
arithmeticRepository.setItem("Hello!");

一個類可以定義任意數量的泛型型別。為每個泛型型別選擇一個不同的識別符號，並用逗號隔開它們

Computer code 程式碼清單 4.37：Repository.java 
public class Repository<T, U> {

   public T item;

   public U anotherItem;

   public T getItem() {
      return item;
   }

   public void setItem(T newItem) {
      item = newItem;
   }

   public U getAnotherItem() {
      return anotherItem;
   }

   public void setAnotherItem(U newItem) {
      anotherItem = newItem;
   }
}

當使用泛型定義的型別（例如，Collection<T>）不使用泛型（例如，Collection）時，稱為原始型別。

泛型方法

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泛型型別可以僅為方法定義

Example 程式碼節 4.37：泛型方法。 
public <D> D assign(Collection<D> generic, D obj) {
  generic.add(obj);
  return obj;
}

這裡，在方法宣告的開頭選擇了一個新的識別符號（D）。該型別特定於方法呼叫，並且可以在同一物件例項中使用不同的型別

Example 程式碼節 4.38：泛型方法呼叫。 
Collection<Integer> numbers = new ArrayList<Integer>();
Integer number = assign(numbers, new Integer(1));
Collection<String> texts = new ArrayList<String>();
String text = assign(texts, "Store it.");

實際型別將由方法引數的型別定義。因此，泛型型別不能僅為返回值定義，因為它不會被解析。有關解決方案，請參見 Class<T> 部分。

測試你的知識

問題 4.8：考慮以下類。

Computer code 問題 4.8：Question8.java 
public class Question8<T> {
  public T item;
 
  public T getItem() {
    return item;
  }
 
  public void setItem(T newItem) {
    item = newItem;
  }

  public static void main(String[] args) {
    Question8<String> aQuestion = new Question8<String>();
    aQuestion.setItem("Open your mind.");
    aQuestion.display(aQuestion.getItem());
  }

  public void display(String parameter) {
    System.out.println("Here is the text: " + parameter);
  }

  public void display(Integer parameter) {
    System.out.println("Here is the number: " + parameter);
  }

  public void display(Object parameter) {
    System.out.println("Here is the object: " + parameter);
  }
}

控制檯上將顯示什麼？

答案
Standard input or output 答案 4.8 的控制檯 
Here is the text: Open your mind.

aQuestion.getItem() 的型別為字串。

萬用字元型別

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正如我們上面所看到的，泛型給人的印象是，每個不同的型別引數都會建立一個新的容器型別。我們還看到，除了正常的型別檢查之外，當我們分配泛型變數時，型別引數也必須匹配。在某些情況下，這限制太嚴格。如果我們想放鬆這種額外的檢查怎麼辦？如果我們想定義一個可以儲存任何泛型集合的集合變數，無論它儲存的型別引數是什麼？萬用字元型別用字元 <?> 表示，發音為 未知 或 任意型別。任意型別也可以用 <? extends Object> 表示。任意型別包括介面，不僅僅是類。所以現在我們可以定義一個元素型別與任何東西匹配的集合。見下文

Example 程式碼節 4.39：萬用字元型別。 
Collection<?> collUnknown;

上界萬用字元

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你可以對可以使用類的型別進行指定限制。例如，<? extends ClassName> 僅允許 ClassName 類或子類的物件。例如，要建立一個只能包含“可序列化”物件的集合，請指定

Example 程式碼節 4.40：可序列化子物件的集合。 
Collection<String> textColl = new ArrayList<String>();

Collection<? extends Serializable> serColl = textColl;

上面的程式碼是有效的，因為 String 類是可序列化的。使用不可序列化的類會導致編譯錯誤。新增的專案可以作為 Serializable 物件檢索。你可以呼叫 Serializable 介面的方法或將其轉換為 String。以下集合只能包含擴充套件 Animal 類的物件。

Computer code 程式碼清單 4.38：Dog.java 
class Dog extends Animal {
}
Example 程式碼節 4.41：子類的示例。 
// Create "Animal Collection" variable
Collection<? extends Animal> animalColl = new ArrayList<Dog>();

下界萬用字元

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<? super ClassName> 指定對可以使用類的型別進行指定限制。例如，要宣告一個可以比較 Dogs 的 Comparator，請使用

Example 程式碼節 4.42：超類。 
Comparator<? super Dog> myComparator;

現在假設你定義了一個可以比較 Animals 的比較器

Example 程式碼節 4.43：Comparator。 
class AnimalComparator implements Comparator<Animal> {
  int compare(Animal a, Animal b) {
   //...
  }
}

由於 Dogs 是 Animals，因此你也可以使用此比較器來比較 Dogs。任何 Dog 超類的比較器也可以比較 Dog；但是，任何嚴格子類的比較器都不能。

Example 程式碼節 4.44：泛型比較器。 
Comparator<Animal> myAnimalComparator = new AnimalComparator();

static int compareTwoDogs(Comparator<? super Dog> comp, Dog dog1, Dog dog2) {
  return comp.compare(dog1, dog2);
}

上面的程式碼是有效的，因為 Animal 類是 Dog 類的超型別。使用不是超型別的類會導致編譯錯誤。

無界萬用字元

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與原始型別（即沒有泛型）相比，無界萬用字元（即 <?>）的優勢在於明確表示引數化型別未知，而不是任何型別。這樣，所有暗示知道型別的操作都被禁止，以避免不安全的操作。考慮以下程式碼

Example 程式碼部分 4.45：不安全操作。 
public void addAtBottom(Collection anyCollection) {
  anyCollection.add(new Integer(1));
}

此程式碼將編譯，但如果集合只包含字串，則此程式碼可能會破壞集合

Example 程式碼部分 4.46：集合損壞。 
List<String> col = new ArrayList<String>();
addAtBottom(col);
col.get(0).endsWith(".");
Standard input or output 程式碼部分 4.46 的控制檯 
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer incompatible with java.lang.String
at Example.main(Example.java:17)

如果 addAtBottom(Collection) 方法使用無界萬用字元定義，則可以避免這種情況：addAtBottom(Collection<?>)。使用此簽名，無法編譯依賴於引數化型別的程式碼。只能呼叫集合的獨立方法（clear()、isEmpty()、iterator()、remove(Object o)、size() 等）。例如，addAtBottom(Collection<?>) 可以包含以下程式碼

Example 程式碼部分 4.47：安全操作。 
public void addAtBottom(Collection<?> anyCollection) {
   Iterator<?> iterator = anyCollection.iterator();
   while (iterator.hasNext()) {
      System.out.print(iterator.next());
   }
}

Class<T>

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從 Java 1.5 開始，java.lang.Class 類是泛型。它是一個有趣的例子，說明如何將泛型用於容器類以外的其他用途。例如，String.class 的型別是 Class<String>，Serializable.class 的型別是 Class<Serializable>。這可用於提高反射程式碼的型別安全性。特別是，由於 Class 中的 newInstance() 方法現在返回 T，因此在反射地建立物件時，您可以獲得更精確的型別。現在，我們可以使用 newInstance() 方法返回具有精確型別的全新物件，而無需進行強制轉換。使用泛型的示例

Example 程式碼部分 4.48：自動強制轉換。 
Customer cust = Utility.createAnyObject(Customer.class);  // No casting
...
public static <T> T createAnyObject(Class<T> cls) {
    T ret = null;
    try {
        ret = cls.newInstance();
    } catch (Exception e) {
        // Exception Handling
    }
    return ret;
}

沒有泛型的相同程式碼

Example 程式碼部分 4.49：以前版本。 
Customer cust = (Customer) Utility.createAnyObject(Customer.class);  // Casting is needed
...
public static Object createAnyObject(Class cls) {
    Object ret = null;
    try {
        ret = cls.newInstance();
    } catch (Exception e) {
        // Exception Handling
    }
    return ret;
}

動機

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Java 長期以來一直因需要在將元素從“容器/集合”類中取出時顯式型別轉換而受到批評。沒有辦法強制執行“集合”類只包含一種型別的物件（例如，在編譯時禁止將 Integer 物件新增到應該只包含 String 的 Collection 中）。從 Java 1.5 開始，這成為可能。在 Java 演變的前幾年，Java 沒有真正的競爭對手。微軟 C# 的出現改變了這一局面。Java 泛型更適合與 C# 競爭。其他語言中也存在類似於 Java 泛型的構造，有關詳細資訊，請參閱 泛型程式設計。泛型在 Java 語言語法中是在 1.5 版本中新增的。這意味著使用泛型的程式碼將無法在 Java 1.4 及更低版本中編譯。泛型的使用是可選的。為了與預泛型程式碼向後相容，可以使用沒有泛型型別規範（<T>）的泛型類。在這種情況下，當您從泛型物件檢索物件引用時，您將必須手動將其從型別 Object 強制轉換為正確的型別。

C++ 程式設計師的注意事項

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Java 泛型類似於 C++ 模板，因為它們都是出於相同的原因新增的。Java 泛型和 C++ 模板的語法也類似。但是，也存在一些差異。C++ 模板可以看作是一種宏，因為會為每個引用的泛型型別生成新的程式碼副本。所有模板的額外程式碼都在編譯時生成。相反，Java 泛型是內建在語言中的。相同的程式碼用於每個泛型型別。例如

Example 程式碼部分 4.50：Java 泛型。 
Collection<String>  collString  = new ArrayList<String>();
Collection<Integer> collInteger = new ArrayList<Integer>();

這兩個物件在執行時顯示為相同型別（都是 ArrayList）。泛型型別資訊在編譯期間被擦除（型別擦除）。例如

Example 程式碼部分 4.51：型別擦除。 
public <T> void method(T argument) {
  T variable;
  …
}

透過擦除轉換為

Example 程式碼部分 4.52：轉換。 
public void method(Object argument) {
  Object variable;
  …
}
測試你的知識

問題 4.9：考慮以下類。

Computer code 問題 4.9：Question9.java 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Question9 {
  public static void main(String[] args) {
    Collection<String> collection1 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends Object> collection2 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends String> collection3 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends String> collection4 = new ArrayList<Object>();
    Collection<? super Object> collection5 = new ArrayList<String>();
    Collection<? super Object> collection6 = new ArrayList<Object>();
    Collection<?> collection7 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends Object> collection8 = new ArrayList<?>();
    Collection<? extends Object> collection9 = new ArrayList<Object>();
    Collection<? extends Integer> collection10 = new ArrayList<String>();
    Collection<String> collection11 = new ArrayList<? extends String>();
    Collection collection12 = new ArrayList<String>();
  }
}

哪些行會生成編譯錯誤？

答案
Computer code 答案 4.9：Answer9.java 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Answer9 {
  public static void main(String[] args) {
    Collection<String> collection1 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends Object> collection2 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends String> collection3 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends String> collection4 = new ArrayList<Object>();
    Collection<? super Object> collection5 = new ArrayList<String>();
    Collection<? super Object> collection6 = new ArrayList<Object>();
    Collection<?> collection7 = new ArrayList<String>();
    Collection<? extends Object> collection8 = new ArrayList<?>();
    Collection<? extends Object> collection9 = new ArrayList<Object>();
    Collection<? extends Integer> collection10 = new ArrayList<String>();
    Collection<String> collection11 = new ArrayList<? extends String>();
    Collection collection12 = new ArrayList<String>();
  }
}
  • 第 9 行：Object 不擴充套件 String。
  • 第 10 行：String 不是 Object 的超類。
  • 第 13 行：無法例項化 ArrayList<?>。
  • 第 15 行：Integer 不擴充套件 String。
  • 第 16 行：無法例項化 ArrayList<? extends String>。


巢狀類 Java 程式設計
泛型 		聚合


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