Java泛型

Java泛型是Java 5引入的一项重要特性，旨在增强类型安全、减少代码冗余，并支持更灵活的代码设计。以下是对泛型的详细介绍及使用指南：

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一、泛型核心概念

泛型允许在类、接口、方法中使用类型参数（如），使得代码可以处理多种数据类型，而无需重复编写逻辑。

解决的问题

• 类型安全：避免运行时ClassCastException。
• 消除强制类型转换：编译器自动处理类型转换。
• 代码复用：同一逻辑可处理不同类型的数据。

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二、泛型的基本使用

1. 泛型类

通过定义类型参数，类内部可用T作为类型。

public class Box<T> {
    private T content;

    public void setContent(T content) {
        this.content = content;
    }

    public T getContent() {
        return content;
    }
}

// 使用示例
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setContent("Hello");
String value = stringBox.getContent(); // 无需强制转换

2. 泛型接口

接口定义类型参数，实现类可指定具体类型。

public interface List<T> {
    void add(T element);
    T get(int index);
}

// 实现示例
public class StringList implements List<String> {
    // 实现方法时使用String代替T
}

3. 泛型方法

在方法返回类型前声明类型参数，独立于类的泛型。

public <T> void printArray(T[] array) {
    for (T item : array) {
        System.out.println(item);
    }
}

// 调用示例
Integer[] intArr = {1, 2, 3};
printArray(intArr); // 自动推断T为Integer

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三、类型通配符

用于增强泛型的灵活性，处理未知类型。

1. 无界通配符

表示任意类型，常用于只读操作。

public void printList(List<?> list) {
    for (Object item : list) {
        System.out.println(item);
    }
}

2. 上界通配符

接受T及其子类，适合读取数据（Producer）。

public double sum(List<? extends Number> list) {
    double sum = 0;
    for (Number num : list) {
        sum += num.doubleValue();
    }
    return sum;
}

3. 下界通配符

接受T及其父类，适合写入数据（Consumer）。

public void addNumbers(List<? super Integer> list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
}

PECS原则（Producer Extends, Consumer Super）

• 生产者（读取数据）：使用。
• 消费者（写入数据）：使用。

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四、类型擦除与限制

Java泛型通过类型擦除实现，编译时擦除泛型信息，替换为原生类型（如Object）或边界类型。

关键限制

• 无法实例化类型参数：new T()是非法的。
• 不能使用基本类型：如List需改为List。
• 静态上下文限制：静态方法/变量不能引用类的类型参数。
• 泛型数组问题：不能直接创建泛型数组（如new T[10]）。

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五、泛型高级应用

1. 多类型参数

类或方法可定义多个类型参数。

public class Pair<K, V> {
    private K key;
    private V value;
    // 构造方法、Getter/Setter...
}

2. 边界类型（Bounded Type）

限制类型参数的范围。

public <T extends Comparable<T>> T max(T a, T b) {
    return a.compareTo(b) > 0 ? a : b;
}

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六、应用场景

• 集合框架：如List, Map。
• 工具类：通用算法（排序、查找）可处理多种类型。
• 回调机制：如Comparator接口。

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七、示例代码

泛型类与继承

public class NumericBox<T extends Number> {
    private T number;

    public NumericBox(T number) {
        this.number = number;
    }

    public double square() {
        return number.doubleValue() * number.doubleValue();
    }
}

// 使用示例
NumericBox<Integer> intBox = new NumericBox<>(5);
System.out.println(intBox.square()); // 输出25.0

通配符实践

public static void copy(List<? extends Number> src, List<? super Number> dest) {
    for (Number num : src) {
        dest.add(num);
    }
}

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八、总结

• 优点：类型安全、减少重复代码、提高可读性。
• 注意：类型擦除的影响、通配符的正确使用、边界限制。

掌握泛型能显著提升Java代码的质量和灵活性，尤其在集合操作和通用工具类设计中表现突出。