深入理解Java泛型继承机制

一、Java泛型介绍

Java泛型是Java SE 5.0版本推出的一个特性，主要是为了解决Java中类型安全问题而产生的。在Java泛型出现之前，通过泛型代码中使用Object类型可以完成泛型功能，但是这样做会存在以下问题：

1、代码复杂，可读性差，因为使用Object类型的对象需要显式地执行类型转换。

// 普通类型对象数组，需要强制类型转换
Object[] objs = new Object[10];
objs[0] = "hello";
String s = (String) objs[0];

2、容易出现类型不安全的情况，因为在编译时不会进行类型检查，只有在运行时才发现问题。

// Object数组漏洞
Object[] objs = new Object[10];
objs[0] = "hello";
objs[1] = 123;
String s = (String) objs[1]; // 编译时无误，但运行时会抛出ClassCastException异常

因此，Java泛型通过在类、接口、方法等定义中使用类型变量来避免这些问题，从而提高了代码的可读性和类型安全性。

// 泛型类型对象数组
T[] array = (T[]) new Object[n];
array[0] = (T) element;

二、泛型类和泛型接口

Java泛型中，类和接口可以定义为泛型类和泛型接口，使用类型变量来表示该类或接口中使用的未知类型。

1. 泛型类

泛型类是指在类声明时使用类型变量，这些类型变量可以在类的方法、字段中使用。

public class Pair<T1, T2> {
    private T1 first;
    private T2 second;

    public Pair(T1 first, T2 second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T1 getFirst() {
        return first;
    }

    public void setFirst(T1 first) {
        this.first = first;
    }

    public T2 getSecond() {
        return second;
    }

    public void setSecond(T2 second) {
        this.second = second;
    }
}

在上面的例子中，Pair类定义了两个类型变量T1和T2，其中一个表示Pair对象的第一个元素，另一个表示第二个元素，使用泛型类的对象在创建时需要指定T1和T2的具体类型。

Pair<String, Integer> pair = new Pair("hello", 123);

2. 泛型接口

泛型接口是指在接口声明时使用类型变量，这些类型变量可以在接口的方法、字段中使用。

public interface Comparator<T> {
    int compare(T o1, T o2);
}

在上面的例子中，Comparator接口定义了一个类型变量T，用于比较对象T o1和T o2的大小。

三、泛型继承机制

Java泛型中支持泛型继承，即子类和父类都可以是泛型类，子类在继承父类时可以保留父类泛型的类型信息。

1. 继承泛型类

当一个子类继承一个泛型类时，可以选择保留父类的泛型类型或指定一个具体的类型。

class SubPair<K> extends Pair {
    SubPair(String first, K second) {
        super(first, second);
    }
}

在上面的例子中，SubPair继承了Pair类，同时使用了K类型变量表示SubPair中的第二个元素，其中第一个元素的类型保留为String类型。

2. 继承泛型接口

当一个子接口继承一个泛型接口时，可以选择保留父接口的类型变量或指定一个具体的类型。

interface MyComparable<T> extends Comparable<T> {
    boolean equals(T obj);
}

在上面的例子中，MyComparable继承了Comparable接口，同时使用了T类型变量表示MyComparable接口中的比较对象类型，其中equals方法使用了T类型变量。

四、泛型通配符机制

Java泛型中还有一种通配符机制，即?通配符，可以用于表示任意类型。?通配符在定义时不会指定具体类型，但可以在运行时通过限制类型上界和下界来进行类型判断。

1. 上界通配符

? extends T表示通配符?的类型上界是T，即?可以表示T或T的任意子类。

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list) {
    T max = list.get(0);
    for (T t : list) {
        if (t.compareTo(max) > 0) {
            max = t;
        }
    }
    return max;
}

在上面的例子中，max方法的List参数使用了? extends T通配符，表示list中的类型是T或T的子类，方法体中通过调用compareTo方法进行对象比较。

2. 下界通配符

? super T表示通配符?的类型下界是T，即?可以表示T或T的任意父类。

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
    for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
        dest.set(i, src.get(i));
    }
}

在上面的例子中，copy方法的dest参数使用了? super T通配符，表示dest中的类型是T或T的父类，src参数使用了? extends T通配符，表示src中的类型是T或T的子类，方法体中通过循环将src中的元素复制到dest中。

五、总结

本文主要介绍了Java泛型继承机制，包括泛型类、泛型接口、泛型继承和泛型通配符等内容。泛型的出现使得Java程序更加强壮、灵活和可读性更强，尤其是在涉及到类型转换和类型检查时，能够提供更加优雅和安全的代码实现方式。

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