【Java数据结构】泛型详解+图文，通配符上界、下界

0. 泛型的本质

泛型的本质：泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数
化。
总的来说，泛型就是把类型参数化了，即给类型一个指定的参数，在使用时指定参数具体的值，这个类型就可以在使用的时候决定了，这样就可以编写应用于多种类型的代码。

泛型代码注释：List<>给String类型，代表List这个集合操作的是String类型的数据，且，=后面的ArrayList<>，这里的<>里的值可以省略。

0. 泛型的目的

泛型的目的：是指定当前容器，要持有什么类型的对象，让编译器去做检查，检查类型的安全性，并且所有的强制转换都是隐式转换的。此时，就需要把类型，作为参数传递，提高了代码的复用性。

作用
1.安全性 2.消除转换 3. 提高性能 4. 复用性

1. 泛型的语法

class 泛型类的名称<类型形参列表>{
	//代码块内使用类型参数
	}
class Student<T1,T2....Tn>{

}

• 泛型的继承

class 泛型类型名称<类型形参列表> extends 继承类<类型形参列表>

//示例
class Mike<Integer> extends Student<Integer>{
	
}
//可以只是用部分类型参数
class Rose<T1,T2..Tn> extends Student<T1>{
	
}

1.1 泛型的使用

泛型类	public class Student {...;}
泛型方法	public T func(T[] arr,T root){....;}
泛型接口	public calss Student implements Comparable{...;}

• 泛型类代码实例：
  

T代表占位符，表示这个类或者是变量、方法是一个泛型，需要传类型参数，就好比一个函数有一个参数，你调用它需要给它传参，否则就会报错，这个T其实就是形参名，可以改成E、K...V、T都可以

了解：【命名规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

E	表示Element(元素)
K	表示Key(钥匙、键)
V	表示Value(值)
N	表示Number(数)
T	表示Type(类型)
S,U,V等	第二，第三，第四个类型

1. 注释1处：不能直接new泛型的数组
   我是先new一个Object数组，然后强制转换为T类型

T[] arr = new T[10]//error

2. 注释2处：类型(Student)后加入< Integer >是指定当前类型,new Student<>，这里的<>内可加也可不加Integer。
3. 注释3处：不需要强制类型转换，Integer是包装类，可以自动拆箱和装箱。这也就提高了效率。
4. 注释4处：代码编译报错，因为在注释2处指定类的当前类型是Integer，此时在注释4处，存放元素时，编译器就会帮助我们进行类型检查。

2. 包装类

在JAVA中，由于基本类型不是继承于Object，为了在泛型代码中可以支持基本类型，JAVA给每个基本类型都对应了一个包装类。

基本数据类型	包装类
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

• 需要特别注意的是：int和char的包装类是Integer和Character，其他的基本类型的包装类都是基本类型首字母大写。

2.1 装箱和拆箱

int a = 10;

/*	
		装箱操作
*/
Integer b = Integer.value(a); //调用value方法
Integer c new Integer(a);//调用构造方法

/*
		拆箱操作
*/
int d = c.intValue();

在下面几行行代码，编译器自动调用了Integer.valueof()，属于自动装包和拆包。

2.2.1练习题

• 【挖坑：】下列代码输出什么，为什么？

public static void main(String[] args) { 
    Integer a = 100; 
    Integer b = 100; 
    Integer c = 200; 
    Integer d = 200; 
    System.out.println(a == b); 
    System.out.println(c == d); 
}

3 .泛型如何编译

• 擦除机制

在编译的过程中，将所有的T都替换为Object的这种机制，称为：擦除机制。JAVA的泛型机制是在编译时实现的，编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息(运行时没有泛型这么一说了)。

泛型擦除机制的文章介绍：
链接

• 思考：

1. Why？ T[] T = new T[10];是不对的。编译的时候替换为Object，不是相当于：Object[] T = new Object[10];
2. 类型擦除：一定把T擦除给Object吗？

• 解惑：

解答 1.
泛型数组不能实例化

T[]擦除成了Object，Object是不能用其他类型接收的，因为Object可以存各种类型，把Object里的元素取出来转换成某个具体元素，是不安全的，JAVA不支持这么做。
数组和泛型之间有一个重要的区别就是：它们是如何强制执行类型检查。 数组在运行时存储和检查类型信息，而泛型是在编译时检查类型错误。
所以：泛型是不能实例化泛型类型数组。前面我写的T[] t = (T[]) new Obeject[10];其实也是错的。

解答2.
一定是都擦除成了Object，前面我已经说过了。

4.泛型的上界

class 泛型类名称 <类型形参> extends<类型形参> {
    //....
}

• 示例：

   class Myarray{
      //..
  }
   class Int extends Myarray{
      //..
  }
   class Long extends Int{
      //...
  }
  
  public class Maths<E extends Myarray>{
      //...
     
  }
  

  解释：Maths的E只能是Myarray的子类，也就是说**E接受的类型实参只能是Myarray的子类**。

• 再看一个例子：

   class Student<E extends Number>{
       E[] arr;
      E Name;
  }
  public class Test {
      public static void main(String[] args) {
      	Student<Integer> in;//1
          Student<String>  str;//2
  	}
  }
  

  [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6YVc6XOJ-1665319877790)(C:\Users\COFFEEWEN\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20221009194623454.png)]

  **解释：**注释1处，编译正确，因为Integer是Number的子类型，注释2处，编译错误，因为String不是Number的子类型。

  • 了解：Number是 java.lang包下的一个抽象类，提供了将包装类型拆箱成基本类型的方法，所有基本类型的包装类型都继承了该抽象类，并且是final声明不可继承改变；

  • 了解：没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object。

5. 通配符

通配符：
?用于在泛型的使用，即为通配符
无边界通配符
上界的通配符，E为上界
下界的通配符，E为下界

通配符是用于解决泛型之间引用传递问题的特殊语法，更为灵活，多用于扩大参数的范围。

• 示例：

class Fruits<T>{
    private T fruits;
    
    public T getFruits(){
        return this.fruits;
    }
    
    public void setFruits(T fruits){
        this.fruits = fruits;
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Fruits<String> fruits1 = new Fruits<>();
        fruits1.setFruits("苹果");
        put(fruits1);//输出
   
        Fruits<Integer> fruits2 = new Fruits<>();
        fruits2.setFruits(100);
        put(fruits2);
    }

    public static void put(Fruits<?> tmp){//1.
        System.out.println("这个水果是："+tmp.getFruits());
        tmp.setFruits("banana");//2.无法修改
        tmp.setFruits(66);//3.无法修改       
        Fruits ret = tmp.getName();//4.无法接收

    }
}

解释：

1. 注释1：处 put(Fruits tmp)使用无边界通配符，说明它是可以接受任意类型，所以当不同类型的fruits1和fruits2调用put进行传参时，并不会报错。

2. 注释2处、3处：由于是可以接受任意类型的，tmp是不确定类型的，不允许进行修改操作。比如，你此时传入了一个String类型的(传参时不会报错)，可是你代码里写的是tmp.setFruits(66)设置的是int型，这样是很不安全的，所以编译器直接不允许你这么写。

3. 注释4处：传入的参数类型是不确定的，不能用Fruits来接收。

5.1通配符上界

class Apple extends Fruits{
    
}
class Banana extends Fruits{
    
}
class Fruits extends Meat{
    
}
class Meat{
    
}
class  Food<T>{
    private T name;
    public T getName(){
        return this.name;
    }
    public void setName(T name){
        this.name = name;
    }
}

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        Food<Apple> appleFood = new Food<>();
        //因为Food 给的类型是Apple，所以你只能给相同类型的数据
        appleFood.setName(new Apple());
        fun(appleFood);
        
        Food<Banana> bananaFood = new Food<>();
        bananaFood.setName(new Banana());
        fun(bananaFood);
    }
    public static void fun(Food<? extends Fruits> tmp){//1.
        System.out.println(tmp.getName());
        tmp.setName(new Banana());//2.无法修改
        tmp.setName(new Apple());//3.无法修改
        Fruits ret = tmp.getName();//读取数据

    }

解释：

1. 注释1处：使用了上界通配符，表示可以传入的实参类型是Fruits和Fruits的子类型。
2. 注释2、3处：由于是不确定类型的，所以无法修改，因为tmp接收的是Fruits和它的子类，此时存储的元素类型应该是哪个子类，是无法确定的，所以设置会报错！但是可以获取元素，因为ret的类型的Fruits，是所有能传入参数的父类。
3. 通配符上界：可以读取数据，不能写入数据

5.2通配符下界

public static void main(String[] args) {
        Food f1 = new Food<>();
        f1.setName(new Fruits());
        fun(f1);
        
        Food f2 = new Food<>();
        f2.setName(new Meat());
        fun(f2);
    }
public static void fun(Food tmp){//1.
        System.out.println(tmp.getName());//只能直接输出
        tmp.setName(new Banana());//2.可以修改
        tmp.setName(new Fruits());//3.可以修改
        Fruits ret = tmp.getName();//4.不能读取数据

    }

解释：

1. 注释1处：使用的是通配符下界，表示接受的参数只能是Fruits或者是Fruits的父类。
2. 注释2、3处：可以修改，因为tmp的类型是Fruits或者它的父类，只能设置Fruits的子类或者它本身。
3. 注释4处：如果此时传入的参数是Fruits的父类，用Fruits类型来接收是不安全的，换句话说，传入的参数是不确定是哪个父类，不能接收。
4. 通配符下界：不能读取数据，可以写入数据。

总结
无边界通配符	可以传入任意实参类型，不能写入，不能读取，只能输出。
	可以传入实参类型是上界或者上界的子类，不能写入，可以读取。
	可以传入实参类型是下界或者下界的父类，不能读取，可以写入数据。

配符下界：不能读取数据，可以写入数据。

有坑填坑

• 填坑：

public static void main(String[] args) { 
    Integer a = 100; 
    Integer b = 100; 
    Integer c = 200; 
    Integer d = 200; 
    System.out.println(a == b); //1.
    System.out.println(c == d); //2.
}

解释：

• 注释1处：输出true；
• 注释2处：输出false；
• Why？
  Integer源码有一个cache数组事先存储了【-128,127】之间的数据，总共256个数据，这些数据被static final修饰，是不能改变的。当赋的值是在这个区间里，会直接在这个数组里读取，也就是变量a和b，指向了同一个对象，所以输出true。当超过了这个区间，每次都会重新new一个对象，所以输出false。