北京北大青鳥學(xué)校學(xué)術(shù)部講解：Java類庫中的泛型（一）

北京北大青鳥學(xué)校學(xué)術(shù)部講師將繼續(xù)講解關(guān)于Java泛型的技術(shù)知識(shí)，關(guān)于Java泛型的定義、相關(guān)例子等請(qǐng)參考之前的幾篇文章，在這里就不做陳述了。今天這篇文章，將主講介紹一下Java類庫中的泛型（北大青鳥課程）

集合類
北京北大青鳥學(xué)校專家介紹：到目前為止，Java 類庫中泛型支持存在最多的地方就是集合框架。就像容器類是 C++ 語言中模板的主要?jiǎng)訖C(jī)一樣（參閱 附錄 A：與 C++ 模板的比較）（盡管它們隨后用于很多別的用途），改善集合類的類型安全是 Java 語言中泛型的主要?jiǎng)訖C(jī)。集合類也充當(dāng)如何使用泛型的模型，因?yàn)樗鼈冄菔玖朔盒偷膸缀跛�有的�?biāo)準(zhǔn)技巧和方言。（北大青鳥課程）

所有的標(biāo)準(zhǔn)集合接口都是泛型化的 —— Collection、List、Set 和 Map。類似地，集合接口的實(shí)現(xiàn)都是用相同類型參數(shù)泛型化的，所以 HashMap 實(shí)現(xiàn) Map 等。

集合類也使用泛型的許多“技巧”和方言，比如上限通配符和下限通配符。例如，在接口 Collection 中，addAll 方法是像下面這樣定義的：
interface Collection {
boolean addAll(Collection);
}

該定義組合了通配符類型參數(shù)和有限制類型參數(shù)，允許您將 Collection 的內(nèi)容添加到 Collection。（北大青鳥課程）

北京北大青鳥學(xué)校專家提醒：如果類庫將 addAll() 定義為接受 Collection，您就不能將 Collection 的內(nèi)容添加到 Collection。不是限制 addAll() 的參數(shù)是一個(gè)與您將要添加到的集合包含相同類型的集合，而有可能建立一個(gè)更合理的約束，即傳遞給 addAll() 的集合的元素 適合于添加到您的集合。有限制類型允許您這樣做，并且使用有限制通配符使您不需要使用另一個(gè)不會(huì)用在其他任何地方的占位符名稱。

應(yīng)該可以將 addAll() 的類型參數(shù)定義為 Collection。但是，北京北大青鳥學(xué)校專家認(rèn)為，這不但沒什么用，而且還會(huì)改變 Collection 接口的語義，因?yàn)榉盒桶姹镜恼Z義將會(huì)不同于非泛型版本的語義。這闡述了泛型化一個(gè)現(xiàn)有的類要比定義一個(gè)新的泛型類難得多，因?yàn)槟�必須注意不要更改類的語義或者破壞現(xiàn)有的非泛型代碼。

作為泛型化一個(gè)類（如果不小心的話）如何會(huì)更改其語義的一個(gè)更加微妙的例子，注意 Collection.removeAll() 的參數(shù)的類型是 Collection，而不是 Collection。這是因?yàn)閭鬟f混合類型的集合給 removeAll() 是可接受的，并且更加限制地定義 removeAll 將會(huì)更改方法的語義和有用性。（北大青鳥課程）
 
其他容器類
北京北大青鳥學(xué)校專家介紹：除了集合類之外，Java 類庫中還有幾個(gè)其他的類也充當(dāng)值的容器。這些類包括 WeakReference、SoftReference 和 ThreadLocal。它們都已經(jīng)在其包含的值的類型上泛型化了，所以 WeakReference 是對(duì) T 類型的對(duì)象的弱引用，ThreadLocal 則是到 T 類型的線程局部變量的句柄。

泛型不止用于容器
泛型最常見最直觀的使用是容器類，比如集合類或引用類（比如 WeakReference）。Collection 中類型參數(shù)的含義很明顯 —— “一個(gè)所有值都是 V 類型的集合”。類似地，ThreadLocal 也有一個(gè)明顯的解釋 —— “一個(gè)其類型是 T 的線程局部變量”。但是，泛型規(guī)格說明中沒有指定容積。（北大青鳥課程）

像 Comparable 或 Class 這樣的類中類型參數(shù)的含義更加微妙。有時(shí)，就像 Class 中一樣，類型變量主要是幫助編譯器進(jìn)行類型推理。有時(shí)，就像隱含的 Enum> 中一樣，類型變量只是在類層次結(jié)構(gòu)上加一個(gè)約束。

Comparable
Comparable 接口已經(jīng)泛型化了，所以實(shí)現(xiàn) Comparable 的對(duì)象聲明它可以與什么類型進(jìn)行比較。北京北大青鳥學(xué)校專家總結(jié)：（通常，這是對(duì)象本身的類型，但是有時(shí)也可能是父類。）
public interface Comparable {
public boolean compareTo(T other);
}

所以 Comparable 接口包含一個(gè)類型參數(shù) T，該參數(shù)是一個(gè)實(shí)現(xiàn) Comparable 的類可以與之比較的對(duì)象的類型。這意味著如果定義一個(gè)實(shí)現(xiàn) Comparable 的類，比如 String，就必須不僅聲明類支持比較，還要聲明它可與什么比較（通常是與它本身比較）：
public class String implements Comparable { ... }

現(xiàn)在來考慮一個(gè)二元 max() 方法的實(shí)現(xiàn)。您想要接受兩個(gè)相同類型的參數(shù)，二者都是 Comparable，并且相互之間是 Comparable。幸運(yùn)的是，如果使用泛型方法和有限制類型參數(shù)的話，這相當(dāng)直觀：
public static > T max(T t1, T t2) {
if (t1.compareTo(t2) > 0)
    return t1;
else
    return t2;
}

北京北大青鳥學(xué)校專家介紹：在本例中，您定義了一個(gè)泛型方法，在類型 T 上泛型化，您約束該類型擴(kuò)展（實(shí)現(xiàn)） Comparable。兩個(gè)參數(shù)都必須是 T 類型，這表示它們是相同類型，支持比較，并且相互可比較。容易！

更好的是，編譯器將使用類型推理來確定當(dāng)調(diào)用 max() 時(shí) T 的值表示什么意思。所以根本不用指定 T，下面的調(diào)用就能工作：
String s = max("moo", "bark");

編譯器將計(jì)算出 T 的預(yù)定值是 String，因此它將進(jìn)行編譯和類型檢查。但是如果您試圖用不實(shí)現(xiàn) Comparable 的 類 X 的參數(shù)調(diào)用 max()，那么編譯器將不允許這樣做。
 
Class
類 Class 已經(jīng)泛型化了，但是很多人一開始都感覺其泛型化的方式很混亂。Class 中類型參數(shù) T 的含義是什么？事實(shí)證明它是所引用的類接口。怎么會(huì)是這樣的呢？那是一個(gè)循環(huán)推理？如果不是的話，為什么這樣定義它？

在以前的 JDK 中，Class.newInstance() 方法的定義返回 Object，您很可能要將該返回類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為另一種類型：
class Class {
Object newInstance();
}
但是使用泛型，您定義 Class.newInstance() 方法具有一個(gè)更加特定的返回類型：
class Class {
T newInstance();
}（北大青鳥課程）

如何創(chuàng)建一個(gè) Class 類型的實(shí)例？北京北大青鳥學(xué)校專家介紹，就像使用非泛型代碼一樣，有兩種方式：調(diào)用方法 Class.forName() 或者使用類常量 X.class。Class.forName() 被定義為返回 Class。另一方面，類常量 X.class 被定義為具有類型 Class，所以 String.class 是 Class 類型的。

讓 Foo.class 是 Class 類型的有什么好處？北京北大青鳥學(xué)校專家解答：最大的好處是，通過類型推理的魔力，可以提高使用反射的代碼的類型安全。另外，還不需要將 Foo.class.newInstance() 強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為 Foo。

考慮一個(gè)方法，它從數(shù)據(jù)庫檢索一組對(duì)象，并返回 JavaBeans 對(duì)象的一個(gè)集合。您通過反射來實(shí)例化和初始化創(chuàng)建的對(duì)象，但是這并不意味著類型安全必須完全被拋至腦后。考慮下面這個(gè)方法：
public static List getRecords(Class c, Selector s) {
// Use Selector to select rows
List list = new ArrayList();
for (/* iterate over results */) {
    T row = c.newInstance();
    // use reflection to set fields from result
    list.add(row);
}
return list;
}
（北大青鳥課程）
可以像下面這樣簡單地調(diào)用該方法：
List l = getRecords(FooRecord.class, fooSelector);
編譯器將會(huì)根據(jù) FooRecord.class 是 Class 類型的這一事實(shí)，推斷 getRecords() 的返回類型。您使用類常量來構(gòu)造新的實(shí)例并提供編譯器在類型檢查中要用到的類型信息。
 
用 Class 替換 T[]
Collection 接口包含一個(gè)方法，用于將集合的內(nèi)容復(fù)制到一個(gè)調(diào)用者指定類型的數(shù)組中：
public Object[] toArray(Object[] prototypeArray) { ... }

toArray(Object[]) 的語義是，如果傳遞的數(shù)組足夠大，就會(huì)使用它來保存結(jié)果，否則，就會(huì)使用反射分配一個(gè)相同類型的新數(shù)組。一般來說，單獨(dú)傳遞一個(gè)數(shù)組作為參數(shù)來提供想要的返回類型是一個(gè)小技巧，但是在引入泛型之前，這是與方法交流類型信息最方便的方式。

有了泛型，就可以用一種更加直觀的方式來做這件事。不像上面這樣定義 toArray()，泛型 toArray() 可能看起來像下面這樣：
public T[] toArray(Class returnType)
調(diào)用這樣一個(gè) toArray() 方法很簡單：
FooBar[] fba = something.toArray(FooBar.class);

Collection 接口還沒有改變?yōu)槭褂迷摷夹g(shù)，因?yàn)檫@會(huì)破壞許多現(xiàn)有的集合實(shí)現(xiàn)。但是如果使用泛型從新構(gòu)建 Collection，則當(dāng)然會(huì)使用該方言來指定它想要返回值是哪種類型。
 
Enum
JDK 5.0 中 Java 語言另一個(gè)增加的特性是枚舉。當(dāng)您使用 enum 關(guān)鍵字聲明一個(gè)枚舉時(shí)，編譯器就會(huì)在內(nèi)部為您生成一個(gè)類，用于擴(kuò)展 Enum 并為枚舉的每個(gè)值聲明靜態(tài)實(shí)例。所以如果您說：
public enum Suit {HEART, DIAMOND, CLUB, SPADE};

編譯器就會(huì)在內(nèi)部生成一個(gè)叫做 Suit 的類，該類擴(kuò)展 java.lang.Enum 并具有叫做 HEART、DIAMOND、CLUB 和 SPADE 的常量（public static final）成員，每個(gè)成員都是 Suit 類。（北大青鳥課程）

與 Class 一樣，Enum 也是一個(gè)泛型類。但是與 Class 不同，它的簽名稍微更復(fù)雜一些：
class Enum> { . . . }
這究竟是什么意思？這難道不會(huì)導(dǎo)致無限遞歸？

我們逐步來分析。類型參數(shù) E 用于 Enum 的各種方法中，比如 compareTo() 或 getDeclaringClass()。為了這些方法的類型安全，Enum 類必須在枚舉的類上泛型化。

所以 extends Enum 部分如何理解？

北京北大青鳥學(xué)校專家介紹，該部分又具有兩個(gè)部分。第一部分指出，作為 Enum 的類型參數(shù)的類本身必須是 Enum 的子類型，所以您不能聲明一個(gè)類 X 擴(kuò)展 Enum。第二部分指出，任何擴(kuò)展 Enum 的類必須傳遞它本身 作為類型參數(shù)。您不能聲明 X 擴(kuò)展 Enum，即使 Y 擴(kuò)展 Enum。

總之，Enum 是一個(gè)參數(shù)化的類型，只可以為它的子類型實(shí)例化，并且這些子類型然后將根據(jù)子類型來繼承方法。幸運(yùn)的是，在 Enum 情況下，編譯器為您做這些工作，一切都很好。（北京北大青鳥學(xué)校，未完待續(xù)）