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Java 泛型详解：从入门到实战

news 2025/6/27 9:23:41

🧠 一、什么是泛型？

泛型（Generics）是 Java 5 引入的重要特性之一，它允许在定义类、接口和方法时使用类型参数化。通过泛型，我们可以在编写代码时不指定具体类型，而是在使用时再传入具体的类型。

示例：没有泛型的集合操作

Map map = new HashMap();
map.put("key", "value");
String s = (String) map.get("key"); // 必须强制类型转换

如果有人插入了 Integer 类型的值，运行时会抛出 ClassCastException。

使用泛型后：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
String s = map.get("key"); // 不需要强制类型转换

泛型帮助我们在编译期就发现类型错误，提高了程序的安全性和可读性。

✅ 二、泛型的优势

优势	描述
类型安全	编译器会在编译阶段检查类型是否匹配，避免运行时异常
消除强制类型转换	提高代码可读性和安全性
代码复用	同一套逻辑适配多种数据类型
更好的性能表现	减少不必要的类型检查与转换

🔨 三、泛型的基本用法

1. 定义泛型类

public class Box<T> {private T item;public void setItem(T item) {this.item = item;}public T getItem() {return item;}
}

使用方式：

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello");
String content = stringBox.getItem(); // 不需要强转

2. 定义泛型接口

public interface Container<T> {void add(T item);T get(int index);
}

实现该接口的类也需要使用泛型：

public class ListContainer<T> implements Container<T> {private List<T> list = new ArrayList<>();public void add(T item) {list.add(item);}public T get(int index) {return list.get(index);}
}

3. 定义泛型方法

public class Util {public static <T> T getFirst(List<T> list) {return list.isEmpty() ? null : list.get(0);}
}

调用方式：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob");
String first = Util.getFirst(names); // 自动推断为 String 类型

📚 四、泛型命名规范

符号	含义
`T`	Type，通用类型
`E`	Element，集合元素
`K`	Key，键
`V`	Value，值
`N`	Number，数字类型

⚠️ 五、泛型的限制与注意事项

1. 泛型不是协变的

List<Integer> intList = new ArrayList<>();
List<Number> numberList = intList; // ❌ 编译错误！

这是为了防止将 Float 添加进 List<Integer> 中，破坏类型安全。

2. 使用通配符 `?`

当不需要关心具体类型时，可以使用通配符：

public void printList(List<?> list) {for (Object obj : list) {System.out.println(obj);}
}

还可以结合上下限使用：

<? extends T>：表示 T 或其子类
<? super T>：表示 T 或其父类

3. 泛型不能使用基本类型

只能使用包装类型，如 Integer、Double 等，不能直接使用 int、double。

4. 类型擦除（Type Erasure）

Java 的泛型是通过类型擦除实现的，即在运行时泛型信息会被擦除：

List<String> list1 = new ArrayList<>();
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass()); // true

这意味着泛型只存在于编译阶段。

🧪 六、自定义泛型类示例

下面是一个简单的泛型容器类 Lhist<V>：

public class Lhist<V> {private V[] array;private int size;public Lhist(int capacity) {array = (V[]) new Object[capacity];}public void add(V value) {if (size == array.length)throw new IndexOutOfBoundsException();array[size++] = value;}public V get(int index) {if (index >= size)throw new IndexOutOfBoundsException();return array[index];}public int size() {return size;}
}

使用方式：

Lhist<String> stringList = new Lhist<>(10);
stringList.add("Hello");
System.out.println(stringList.get(0)); // 输出 Hello

📦 七、Java 类库中的泛型应用

Java 标准库从 Java 5 开始全面支持泛型，尤其是集合框架：

Collection<E>
List<E>
Set<E>
Map<K,V>
Queue<E>

例如：

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Tom");
String name = names.get(0); // 无需强转

还广泛使用了通配符和边界限定：

public boolean addAll(Collection<? extends E> c);

📘 八、总结

特点	描述
类型安全	在编译期检查类型，避免运行时异常
消除强制类型转换	提高代码可读性和安全性
代码复用	一份逻辑适配多种类型
通配符	支持灵活的类型匹配（`?`, `? extends T`, `? super T`）
类型擦除	运行时无泛型信息，仅保留原始类型