碼出高效：Java開發手冊-第2章（11）

2.6 泛型

泛型的本質是類型參數化，解決不确定具體對象類型的問題。在面向對象程式設計語言中，允許程式員在強類型校驗下定義某些可變部分，以達到代碼複用的目的。泛型（generic）、天才（genius）、基因（gene）三個英文單詞的詞根都是gen，最神奇的是，它們無論是拼寫還是發音都十分相像，在溝通中往往比較含糊。可以這樣了解，泛型就是這些擁有天才基因的大師們發明的。

Java 在引入泛型前，表示可變類型，往往存在類型安全的風險。舉一個生活中的例子，微波爐最主要的功能是加熱食物，即加熱肉、加熱湯都有可能。在沒有泛型的場景中，往往會寫出：

​

class Stove {

public static Object heat(Object food) {

System.out.println(food + "is done");

return food;

}

public static void main(String[] args) {

Meat meat = new Meat();

meat = (Meat)Stove.heat(meat);

Soup soup = new Soup();

soup = (Soup)Stove.heat(soup);

}

}

為了避免給每種食材定義一個加熱方法，如heatMeat()、heatSoup() 等，将heat()的參數和傳回值定義為Object，用“向上轉型”的方式，讓其具備可以加熱任意類型對象的能力。這種方式增強了類的靈活性，但卻會讓用戶端産生困惑，因為用戶端對加熱的内容一無所知，在取出來時進行強制轉換就會存在類型轉換風險。泛型則可以完美地解決這個問題。

泛型可以定義在類、接口、方法中，編譯器通過識别尖括号和尖括号内的字母來解析泛型。在泛型定義時，約定俗成的符号包括：E 代表Element，用于集合中的元素；T 代表the Type of object，表示某個類；K 代表Key、V 代表Value，用于鍵值對元素。我們用一個示例徹底地記住泛型定義的概念，對泛型不再有恐懼心理。如果下面代碼編譯出錯，請指出編譯出錯的位置在哪裡：

public class GenericDefinitionDemo<T> {

static <String, T, Alibaba> String get(String string, Alibaba alibaba) {

return string;

}

​

public static void main(String[] args) {

Integer first = 222;

Long second = 333L;

// 調用上方定義的get 方法

Integer result = get(first, second);

}

}

事實上，以上代碼編譯正确且能夠正常運作，get() 是一個泛型方法，first 并非是

java.lang.String 類型，而是泛型辨別<String>，second 指代 Alibaba。get() 中其他有被用到的泛型符号并不會導緻編譯出錯，類名後的T 與尖括号内的T 相同也是合法的。當然在實際應用時，并不會存在這樣的定義方式，這裡隻是期望能夠對以下幾點加深了解：

（1）尖括号裡的每個元素都指代一種未知類型。String 出現在尖括号裡，它就不是java.lang.String，而僅僅是一個代号。類名後方定義的泛型<T> 和get() 前方定義的<T> 是兩個指代，可以完全不同，互不影響。

（2）尖括号的位置非常講究，必須在類名之後或方法傳回值之前。

（3）泛型在定義處隻具備執行Object 方法的能力。是以想在get() 内部執行string.longValue() + alibaba.intValue() 是做不到的，此時泛型隻能調用Object 類中的方法，如toString()。

（4）對于編譯之後的位元組碼指令，其實沒有這些花頭花腦的方法簽名，充分說明了泛型隻是一種編寫代碼時的文法檢查。在使用泛型元素時，會執行強制類型轉換：

INVOKESTATIC com/alibaba/easy/coding/generic/GenericDefinitionDemo.get

(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;

CHECKCAST java/lang/Integer

這就是坊間盛傳的類型擦除。CHECKCAST 指令在運作時會檢查對象執行個體的類型是否比對，如果不比對，則抛出運作時異常ClassCastException。與C++ 根據模闆類生成不同的類的方式不同，Java 使用的是類型擦除的方式。編譯後，get() 的參數是兩個Object，傳回值也是Object，尖括号裡很多内容消失了，參數中也沒有String 和Alibaba 兩個類型。資料傳回給Integer result 時，進行了類型強制轉化。是以，泛型就是在編譯期增加了一道檢查而已，目的是促使程式員在使用泛型時安全放置和使用資料。使用泛型的好處包括：

• • 類型安全。放置的是什麼，取出來的自然是什麼，不用擔心會抛出ClassCastException 異常。
  • 提升可讀性。從編碼階段就顯式地知道泛型集合、泛型方法等處理的對象類型是什麼。
  • 代碼重用。泛型合并了同類型的處理代碼，使代碼重用度變高。

回到本節開頭微波爐加熱食材的例子，使用泛型可以很好地實作，示例代碼如下：

public class Stove {

public static <T> T heat(T food) {

System.out.println(food + "is done");

return food;

}

​

public static void main(String[] args) {

Meat meat = new Meat();

meat = Stove.heat(meat);

​

Soup soup = new Soup();

soup = Stove.heat(soup);

}

}

通過使用泛型，既可以避免對加熱肉和加熱湯定義兩種不同的方法，也可以避免使用Object 作為輸入和輸出，帶來強制轉換的風險。隻要這種強制轉換的風險存在，依據墨菲定律，就一定會發生ClassCastException 異常。特别是在複雜的代碼邏輯中，會形成網狀的調用關系，如果任意使用強制轉換，無論可讀性還是安全性都存在問題。

最後，泛型與集合的聯合使用，可以把泛型的功能發揮到極緻，很多程式員不清楚List、List<Object>、List<?> 三者的差別， 更加不能區分<? extends T> 與<? super T> 的使用場景。具體請參考第6.5 節。