深入理解Java泛型繼承機制

一、Java泛型介紹

Java泛型是Java SE 5.0版本推出的一個特性，主要是為了解決Java中類型安全問題而產生的。在Java泛型出現之前，通過泛型代碼中使用Object類型可以完成泛型功能，但是這樣做會存在以下問題：

1、代碼複雜，可讀性差，因為使用Object類型的對象需要顯式地執行類型轉換。

// 普通類型對象數組，需要強制類型轉換
Object[] objs = new Object[10];
objs[0] = "hello";
String s = (String) objs[0];

2、容易出現類型不安全的情況，因為在編譯時不會進行類型檢查，只有在運行時才發現問題。

// Object數組漏洞
Object[] objs = new Object[10];
objs[0] = "hello";
objs[1] = 123;
String s = (String) objs[1]; // 編譯時無誤，但運行時會拋出ClassCastException異常

因此，Java泛型通過在類、介面、方法等定義中使用類型變數來避免這些問題，從而提高了代碼的可讀性和類型安全性。

// 泛型類型對象數組
T[] array = (T[]) new Object[n];
array[0] = (T) element;

二、泛型類和泛型介面

Java泛型中，類和介面可以定義為泛型類和泛型介面，使用類型變數來表示該類或介面中使用的未知類型。

1. 泛型類

泛型類是指在類聲明時使用類型變數，這些類型變數可以在類的方法、欄位中使用。

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類定義了兩個類型變數T1和T2，其中一個表示Pair對象的第一個元素，另一個表示第二個元素，使用泛型類的對象在創建時需要指定T1和T2的具體類型。

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

2. 泛型介面

泛型介面是指在介面聲明時使用類型變數，這些類型變數可以在介面的方法、欄位中使用。

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

在上面的例子中，Comparator介面定義了一個類型變數T，用於比較對象T o1和T o2的大小。

三、泛型繼承機制

Java泛型中支持泛型繼承，即子類和父類都可以是泛型類，子類在繼承父類時可以保留父類泛型的類型信息。

1. 繼承泛型類

當一個子類繼承一個泛型類時，可以選擇保留父類的泛型類型或指定一個具體的類型。

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

在上面的例子中，SubPair繼承了Pair類，同時使用了K類型變數表示SubPair中的第二個元素，其中第一個元素的類型保留為String類型。

2. 繼承泛型介面

當一個子介面繼承一個泛型介面時，可以選擇保留父介面的類型變數或指定一個具體的類型。

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

在上面的例子中，MyComparable繼承了Comparable介面，同時使用了T類型變數表示MyComparable介面中的比較對象類型，其中equals方法使用了T類型變數。

四、泛型通配符機制

Java泛型中還有一種通配符機制，即?通配符，可以用於表示任意類型。?通配符在定義時不會指定具體類型，但可以在運行時通過限制類型上界和下界來進行類型判斷。

1. 上界通配符

? extends T表示通配符?的類型上界是T，即?可以表示T或T的任意子類。

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參數使用了? extends T通配符，表示list中的類型是T或T的子類，方法體中通過調用compareTo方法進行對象比較。

2. 下界通配符

? super T表示通配符?的類型下界是T，即?可以表示T或T的任意父類。

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參數使用了? super T通配符，表示dest中的類型是T或T的父類，src參數使用了? extends T通配符，表示src中的類型是T或T的子類，方法體中通過循環將src中的元素複製到dest中。

五、總結

本文主要介紹了Java泛型繼承機制，包括泛型類、泛型介面、泛型繼承和泛型通配符等內容。泛型的出現使得Java程序更加強壯、靈活和可讀性更強，尤其是在涉及到類型轉換和類型檢查時，能夠提供更加優雅和安全的代碼實現方式。