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Java泛型T详解

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1、引言

Java泛型是Java5引入的一个强类型机制，它能够让我们编写更加类型安全的代码，避免一些运行时错误。比如，List类型的集合只能存储String类型的元素，否则编译器就会报错。Java泛型有一个重要的特性——通配符类型，即T、K、V、E等类型。T是最常用的泛型通配符类型，它能够代表任何引用类型，使得我们在某些场合下可以更加灵活地进行类型替换和代码复用。

2、T型的使用方法

2.1、泛型类中使用T类型

public class MyList<T> {
    private T[] elements;

    public void add(T element) {
        // add element to array
    }

    public T get(int index) {
        // get the element at the specified index
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyList<Integer> list = new MyList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        int first = list.get(0);
        int second = list.get(1);
        System.out.println(first); // output: 1
        System.out.println(second); // output: 2
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个泛型类MyList，它的类型参数为T。我们在add方法和get方法中使用了T类型来代表该类实际存储的元素类型。在main方法中，我们创建了一个MyList对象，并向其中添加了两个Integer类型的元素，再通过get方法获取了这两个元素。由于我们已经指定了T的类型为Integer，所以编译器会自动进行类型检查和转换。

2.2、泛型方法中使用T类型

public class MyArray {
    public static <T> T getFirst(T[] array) {
        return array[0];
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] integers = {1, 2, 3};
        String[] strings = {"apple", "orange", "banana"};
        int firstInt = getFirst(integers);
        String firstString = getFirst(strings);
        System.out.println(firstInt); // output: 1
        System.out.println(firstString); // output: "apple"
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个泛型方法getFirst，它的类型参数为T。该方法接受一个T类型的数组作为参数，并返回该数组中的第一个元素。在main方法中，我们分别创建了一个Integer数组和一个String数组，并调用getFirst方法来获取它们的第一个元素。由于我们已经指定了T的类型为Integer和String，所以编译器会自动进行类型检查和转换。

2.3、T类型通配符的使用

有时候我们需要定义一个能够接受任何引用类型的方法或类，这时候就可以使用T类型通配符。比如我们可以定义一个Pair类，该类包含两个任意类型的变量：

public class Pair<T, K> {
    private T first;
    private K second;

    public Pair(T first, K second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T getFirst() {
        return first;
    }

    public K getSecond() {
        return second;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Pair<String, Integer> pair = new Pair<>("apple", 3);
        String first = pair.getFirst();
        int second = pair.getSecond();
        System.out.println(first); // output: "apple"
        System.out.println(second); // output: 3
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个Pair类，它包含两个类型参数T和K。我们在构造方法中分别使用这两个类型的变量来初始化first和second属性，并在getFirst和getSecond方法中返回这两个属性的值。在main方法中，我们创建了一个Pair对象，同时获取了它的两个值。由于我们已经指定了T的类型为String，K的类型为Integer，所以编译器会自动进行类型检查和转换。这个例子中，T和K可以是任何引用类型，因此我们可以使用Pair、Pair、Pair<Object, List>等等组合来使用。

3、T类型的限制和边界

3.1、使用extends进行类型限制

我们可以使用extends关键字来限制T类型的范围。比如，我们可以定义一个泛型类，它的类型参数必须是Number类或它的子类：

public class MyNumberList<T extends Number> {
    private List<T> list;

    public MyNumberList() {
        list = new ArrayList<>();
    }

    public void add(T element) {
        list.add(element);
    }

    public double getAverage() {
        double sum = 0;
        for (T element : list) {
            sum += element.doubleValue();
        }
        return sum / list.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyNumberList<Integer> list = new MyNumberList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        double average = list.getAverage();
        System.out.println(average); // output: 2.0
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个MyNumberList类，它的类型参数必须是Number类或它的子类。在add方法中，我们向List中添加了一个T类型的元素，而在getAverage方法中，我们遍历了这个List中的所有元素，并使用doubleValue方法来获取它们的double值，最后计算出了它们的平均值。在main方法中，我们创建了一个MyNumberList对象，并向其中添加了三个Integer类型的元素，并在最后调用getAverage方法来获取这三个元素的平均值。

3.2、使用super进行类型边界

与extends关键字不同，super关键字可以让我们将T类型限定为某个类的超类。比如，我们可以定义一个泛型类，它的类型参数必须是Animal类或其父类：

public class MyAnimalList<T super Animal> {
    private List<T> list;

    public MyAnimalList() {
        list = new ArrayList<>();
    }

    public void add(T element) {
        list.add(element);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyAnimalList<Animal> list1 = new MyAnimalList<>();
        MyAnimalList<Mammal> list2 = new MyAnimalList<>();
        MyAnimalList<Dog> list3 = new MyAnimalList<>();
        MyAnimalList<String> list4 = new MyAnimalList<>(); // compile error
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个MyAnimalList类，它的类型参数必须是Animal类或其父类，我们在add方法中向List中添加了一个T类型的元素。在main方法中，我们创建了多个MyAnimalList对象，并使用Animal、Mammal和Dog作为它们的类型参数。这是合法的，因为Animal是Mammal的父类，Mammal是Dog的父类；但如果我们使用String作为类型参数，就会编译器报错，因为String不是Animal的子类。

4、T类型的应用场景

4.1、容器类中的T类型

public class MyList<T> {
    private List<T> list;

    public MyList() {
        list = new ArrayList<>();
    }

    public void add(T element) {
        list.add(element);
    }

    public T get(int index) {
        return list.get(index);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyList<String> list = new MyList<>();
        list.add("apple");
        list.add("orange");
        String first = list.get(0);
        String second = list.get(1);
        System.out.println(first); // output: "apple"
        System.out.println(second); // output: "orange"
    }
}

在上面的代码中，我们使用T类型来实现了一个List容器类。我们在构造方法中创建了一个ArrayList对象，并在add和get方法中使用了T类型来代表该类实际存储的元素类型。在main方法中，我们创建了一个MyList对象，并向其中添加了两个String类型的元素，再通过get方法获取了这两个元素。由于我们已经指定了T的类型为String，所以编译器会自动进行类型检查和转换。

4.2、泛型方法中的T类型

public class MyMath {
    public static <T extends Number> double average(T[] array) {
        double sum = 0;
        for (T element : array) {
            sum += element.doubleValue();
        }
        return sum / array.length;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] integers = {1, 2, 3};
        Double[] doubles = {1.5, 2.8, 3.2};
        double firstAverage = average(integers);
        double secondAverage = average(doubles);
        System.out.println(firstAverage); // output: 2.0
        System.out.println(secondAverage); // output: 2.5
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个泛型方法average，它的类型参数为T，这个T类型必须是Number类或其子类。该方法接受一个T类型的数组作为参数，并计算这个数组中所有元素的平均值。在main方法中，我们分别创建了一个Integer数组和一个Double数组，并调用average方法来获取它们的平均值。由于我们已经指定了T的类型为Integer和Double，所以编译器会自动进行类型检查和转换。

4.3、T类型通配符的应用

public class MyPair {
    public static void printValues(Pair<? extends Number, ?> pair) {
        System.out.println("First value: " + pair.getFirst());
        System.out.println("Second value: " + pair.getSecond());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Pair<Double, String> pair1 = new Pair<>(1.5, "apple");
        Pair<Integer, List<String>> pair2 = new Pair<>(3, Arrays.asList("orange", "banana"));
        printValues(pair1); // output: "First value: 1.5" "Second value: apple"
        printValues(pair2); // output: "First value: 3" "Second value: [orange, banana]"
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个MyPair类，它包含一个printValues方法，该方法接受一个Pair型参数，并在控制台上打印它的两个值。注意到我们在printValues方法中使用了通配符类型Pair<? extends Number, ?>，它表示第一个值是Number及其子类的类型，而第二个值是任意类型。在main方法中，我们创建了两个Pair类型的对象pair1和pair2，并分别传递给printValues方法，该方法成功地打印了它们的两个值。

5、总结

在Java中使用T类型可以轻松实现泛型编程，提高代码的重复利用率，同时增强代码的类型安全性。当我们需要定义一个能够处理多种类型的数据结构或方法时，T类型可以帮助我们减少代码量，提高代码的可读性和可维护性。此外，我们还可以使用extends和super关键字来限制T类型的范围和边界，以适应

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