Java泛型入门教程

Java泛型是很多Java程序员所熟知的一个概念，它为Java程序员提供了一种通用的方式来编写类型安全的代码。在这篇文章中，我们将深入探讨泛型的核心概念和用法，让读者可以轻松入门并掌握Java泛型的核心特性。

1. 泛型的背景介绍

在Java的早期版本中，程序员常常需要编写大量的类型转换代码，这非常繁琐而且容易出错。此外，Java中的集合框架也是在Java 1.2版本之后才正式引入的，而这些集合类在实现和使用时也经常需要进行类型转换。

由于Java是一种强类型语言，每个变量和参数都需要定义它们的类型，这会导致代码的冗长和可读性的下降。为了解决这些问题，Java 5中引入了泛型（Generics）的概念，使得Java程序员可以在编写类型安全的代码的同时，也能够减少类型转换的代码量。

2. 泛型的核心概念

1) 类型参数（Type Parameters）

Java中的泛型是通过将一个或多个类型参数传递给类、接口、方法等实体来实现的。这些类型参数通常使用单个字母，例如E、T、K、V等，并用尖括号括起来。例如，我们可以定义一个泛型类来表示一个包含任意类型元素的列表：

    public class List<E> {
        //...
    }

在上面的例子中，《List》类有一个类型参数E，该类在定义时并不知道E具体代表的类型。当我们创建List的实例时，我们必须传递一个具体的类型参数。例如：

    List<String> stringList = new List<>();
    List<Integer> integerList = new List<>();

在上面的例子中，第一个实例创建了一个存储字符串的List对象，第二个实例创建了一个存储整数的List对象。

2) 泛型类（Generic Classes）

Java中的泛型类是使用类型参数的类。它们是普通类的泛化版本，并在定义中使用一个或多个类型参数。例如，我们可以通过以下方式定义一个泛型类来实现一个堆栈（stack）：

    public class Stack<E> {
        private ArrayList<E> list = new ArrayList<>();
        public void push(E item) {
            list.add(item);
        }
        public E pop() {
            return list.remove(list.size() - 1);
        }
    }

上面的例子中，我们定义了一个名为Stack的类，并使用类型参数E定义它的元素类型。Stack类有两个方法，push()和pop()，用于将元素添加到堆栈中或从堆栈中弹出元素。

3) 泛型接口（Generic Interfaces）

Java中的泛型接口是使用类型参数的接口。它们是普通接口的泛化版本，并在定义中使用一个或多个类型参数。

    public interface Comparable<T> {
        public int compareTo(T o);
    }

在上面的例子中，我们定义了一个名为Comparable的接口，并使用类型参数T定义它的比较类型。Comparable接口只定义了一个方法compareTo()，该方法用于比较实现该接口的对象与另一个对象。

4) 通配符（Wildcard）

Java中的通配符是用于表示不确定类型的一种方式。它使用英文问号（?）表示，并可用于声明类型变量、泛型方法和泛型类的实例化。

例如，我们可以定义一个泛型方法用于比较两个列表是否相等：

    public static <T> boolean isEqual(List<T> list1, List<T> list2){
        return list1.equals(list2);
    }

这个方法可以与任何类型的List对象一起工作，但是在某些情况下，通配符可能更适合表示不确定的类型。例如：

    public static boolean isEqual(List<?> list1, List<?> list2){
        return list1 == list2;
    }

在上面的例子中，我们使用通配符?来代替类型参数T，这意味着该方法可以与具有任何类型元素的List对象一起使用。

3. 泛型的应用

1) 泛型方法

Java中的泛型方法是定义具有类型参数的方法。它们可以在方法的返回类型之前声明类型参数，以便可以在方法中使用它们。

例如，我们可以定义以下泛型方法来打印数组的所有元素：

    public static <T> void printArray(T[] array) {
        for (T element : array) {
            System.out.print(element + " ");
        }
        System.out.println();
    }

在上面的例子中，我们定义了一个名为printArray的泛型方法，并使用类型参数T定义数组的元素类型。该方法使用一个for-each循环来遍历所有元素，并将它们打印到控制台上。

我们可以使用以下代码调用该方法：

    Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    String[] stringArray = { "Hello", "World" };
     
    printArray(intArray);
    printArray(stringArray);

在上面的例子中，我们首先创建了一个名为intArray的整数数组和一个名为stringArray的字符串数组，并将它们传递给printArray方法。该方法将在控制台上打印intArray和stringArray中的所有元素。

2) 通配符

上面我们提到了通配符的概念，它可以用于声明泛型类型、方法和实例化。在下面的例子中，我们将介绍通配符的不同用法。

a) 通配符作为方法参数

我们可以定义以下方法来获取列表中任意元素的数量：

    public static int count(List<?> list) {
        return list.size();
    }

在上面的例子中，我们使用通配符?作为列表元素的类型，因此该方法可以与具有任何类型元素的列表一起使用。该方法返回列表中元素的数量。

我们可以使用以下代码调用该方法：

    List<String> stringList = new ArrayList<>();
    stringList.add("Hello");
    stringList.add("World");
     
    int count = count(stringList);
    System.out.println(count);

在上面的例子中，我们创建了一个名为stringList的列表来存储字符串，然后将其传递给count方法，该方法返回列表中元素的数量并打印到控制台上。

b) 工厂方法

我们可以使用工厂方法来创建具有不同类型元素的列表。例如，我们可以定义以下泛型工厂方法来创建具有不同类型元素的List对象：

    public static <E> List<E> createList() {
        return new ArrayList<>();
    }

在上面的例子中，我们定义了一个名为createList的泛型方法，并使用类型参数E定义列表中的元素类型。方法返回一个新的ArrayList对象。

我们可以使用以下代码调用该方法：

    List<String> stringList = createList();
    List<Integer> integerList = createList();

在上面的例子中，我们使用createList方法分别创建了一个字符串列表和一个整数列表。由于该方法是泛型的，因此可以创建具有任何类型元素的列表。

c) 通配符作为限定类型参数

我们可以使用通配符作为限定类型参数，以限制可以传递给泛型方法、泛型类或泛型接口的类型。例如，我们可以定义以下限制类型参数的泛型方法：

    public static <T extends Comparable<T>> int countGreaterThan(T[] array, T element) {
        int count = 0;
        for (T t : array) {
            if (t.compareTo(element) > 0) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

在上面的例子中，我们使用限定类型参数T extends Comparable<T>来限制该方法可以与实现了Comparable<T>接口的任何类型一起使用。该方法将一个元素和数组传递给它，并返回数组中大于该元素的元素数量。

我们可以使用以下代码调用该方法：

    Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int count = countGreaterThan(intArray, 3);
    System.out.println(count);

在上面的例子中，我们首先创建了一个名为intArray的整数数组，并将其传递给countGreaterThan方法。该方法返回数组中大于3的元素数量并将其打印到控制台上。

4. 总结

在本文中，我们详细介绍了Java的泛型概念及其用法，包括类型参数、泛型类、泛型接口、通配符和泛型方法等。我们还提供了许多具有实际意义的代码示例，以帮助读者更好地理解这些概念。

通过学习本文，读者应该已经能够深入掌握Java泛型的核心特性，并能够将其应用于自己的代码中。