자바 제네릭

1. 제네릭 개념의 도입(제네릭이 필요한 이유)

먼저 다음 단축 코드를 살펴보겠습니다.

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        list.add(100);

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String name = (String) list.get(i); // 1
            System.out.println("name:" + name);
        }
    }
}

은 List 유형의 컬렉션을 정의하고 여기에 두 개의 문자열 유형 값을 먼저 추가한 다음 A 값을 추가합니다. 정수 유형입니다. 목록의 기본 유형이 개체이기 때문에 이는 완전히 허용됩니다. 후속 루프에서는 이전에 목록에 Integer 유형 값을 추가하는 것을 잊어버렸거나 다른 인코딩 이유로 인해 //1과 유사한 오류가 쉽게 발생할 수 있습니다. 컴파일 단계는 정상인데 런타임 중에 "java.lang.ClassCastException" 예외가 발생하기 때문입니다. 따라서 코딩 중에 이러한 오류를 감지하기가 어렵습니다.

위의 코딩 과정에서 두 가지 주요 문제가 있음을 발견했습니다.

1. 객체를 컬렉션에 넣을 때 컬렉션이 객체의 유형을 기억하지 못합니다. 이 객체를 컬렉션에서 다시 가져오면 객체의 컴파일된 유형이 Object 유형으로 변경되지만 런타임 유형은 여전히 ​​자체 유형입니다.

2. 따라서 //1에서 컬렉션 요소를 꺼낼 때 특정 대상 유형으로 인위적으로 강제 유형 변환이 필요하며 "java.lang.ClassCastException" 예외가 발생하기 쉽습니다.

그러면 컬렉션에 있는 요소의 유형을 기억하도록 컬렉션을 활성화하여 컴파일 중에 문제가 없는 한 런타임 중에 "java.lang.ClassCastException" 예외가 발생하지 않도록 하는 방법이 있습니까? ? 대답은 제네릭을 사용하는 것입니다.

2. 제네릭이란 무엇입니까?

제네릭, 즉 "매개변수화된 유형"입니다. 매개변수에 관해 가장 익숙한 것은 메소드를 정의할 때 형식적인 매개변수가 있고, 메소드가 호출될 때 실제 매개변수가 전달된다는 것입니다. 그렇다면 매개변수화된 유형을 어떻게 이해합니까? 이름에서 알 수 있듯이 타입은 메소드의 가변 매개변수와 유사하게 원래의 특정 유형에서 매개변수화됩니다. 이때 유형도 매개변수(유형 매개변수라고 할 수 있음) 형식으로 정의되며, 그 다음에는 유형이 정의됩니다. 유형(유형 인수)을 사용/호출할 때 특정 유형이 전달됩니다.

먼저 위의 예시를 작성하는 일반적인 방법을 살펴보겠습니다.

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {
        /*
        List list = new ArrayList();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        list.add(100);
        */

        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        //list.add(100);   // 1  提示编译错误

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String name = list.get(i); // 2
            System.out.println("name:" + name);
        }
    }
}

일반 쓰기를 사용한 후 //1에 Integer 유형 개체를 추가하려고 하면 컴파일 오류가 발생합니다. List을 통해 목록 컬렉션에 String만 포함될 수 있도록 직접적으로 제한됩니다. type.요소이므로 //2에서 강제 유형 변환을 수행할 필요가 없습니다. 왜냐하면 이때 컬렉션은 요소의 유형 정보를 기억할 수 있고 컴파일러는 이미 String 유형임을 확인할 수 있기 때문입니다.

위의 일반 정의와 결합하면 List에서 String이 실제 매개변수 유형이라는 것을 알 수 있습니다. 즉, 해당 List 인터페이스에는 유형 매개변수가 포함되어야 합니다. 그리고 get() 메소드의 반환 결과도 바로 이 형식 매개변수의 유형입니다(즉, 해당 수신 유형 실제 매개변수). List 인터페이스의 구체적인 정의를 살펴보겠습니다.

public interface List<E> extends Collection<E> {

    int size();

    boolean isEmpty();

    boolean contains(Object o);

    Iterator<E> iterator();

    Object[] toArray();

    <T> T[] toArray(T[] a);

    boolean add(E e);

    boolean remove(Object o);

    boolean containsAll(Collection<?> c);

    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

    boolean removeAll(Collection<?> c);

    boolean retainAll(Collection<?> c);

    void clear();

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();

    E get(int index);

    E set(int index, E element);

    void add(int index, E element);

    E remove(int index);

    int indexOf(Object o);

    int lastIndexOf(Object o);

    ListIterator<E> listIterator();

    ListIterator<E> listIterator(int index);

    List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
}

List 인터페이스에서 일반 정의를 사용한 후 1a4db2c2c2313771e5742b6debf617a1의 E는 유형 매개변수를 나타냅니다. 특정 유형의 실제 매개변수를 수신하며, 이 인터페이스 정의에서 E가 나타날 때마다 외부에서 수신된 동일한 유형의 실제 매개변수를 나타냅니다.

당연히 ArrayList는 List 인터페이스의 구현 클래스이고 정의 형식은 다음과 같습니다.

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> 
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return ArrayList.this.elementData(offset + index);
    }
    
    //...省略掉其他具体的定义过程

}

이로 인해 Integer 유형 객체가 추가된 이유를 소스 코드 관점에서 이해할 수 있습니다. at //1 컴파일 오류가 발생했으며 //2에서 get()으로 얻은 유형은 바로 String 유형입니다.

3. 사용자 정의된 제네릭 인터페이스, 제네릭 클래스 및 제네릭 메서드

위 내용을 통해 모두가 제네릭의 구체적인 작업 프로세스를 이해했습니다. 또한 인터페이스, 클래스 및 메서드도 제네릭을 사용하여 정의하고 그에 따라 사용할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 예, 특정 용도에서는 일반 인터페이스, 일반 클래스 및 일반 메서드로 나눌 수 있습니다.

사용자 정의된 일반 인터페이스, 일반 클래스 및 일반 메소드는 위 Java 소스 코드의 List 및 ArrayList와 유사합니다. 다음은 제네릭 클래스와 메소드에 대한 가장 간단한 정의를 살펴보겠습니다.

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        System.out.println("name:" + name.getData());
    }

}

class Box<T> {

    private T data;

    public Box() {

    }

    public Box(T data) {
        this.data = data;
    }

    public T getData() {
        return data;
    }

}

제네릭 인터페이스, 제네릭 클래스, 제네릭 메소드를 정의하는 과정에서 우리는 흔히 T, E, K 매개변수 형식을 보게 됩니다. of, V 등은 외부 사용에서 전달된 형식 인수를 받기 때문에 일반 매개변수를 나타내는 데 자주 사용됩니다. 그러면 전달된 다양한 유형 인수에 대해 해당 객체 인스턴스의 유형이 동일하게 생성됩니까?

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);

        System.out.println("name class:" + name.getClass());      // com.qqyumidi.Box
        System.out.println("age class:" + age.getClass());        // com.qqyumidi.Box
        System.out.println(name.getClass() == age.getClass());    // true

    }

}

이를 통해 제네릭 클래스를 사용할 때 서로 다른 제네릭 인수가 전달되더라도 실제로는 다른 유형이 생성되지 않는다는 사실을 발견했습니다. 이는 원래 가장 기본적인 제네릭 클래스 하나만 메모리에 있다는 것입니다. 유형(이 예에서는 Box)입니다. 물론 논리적으로는 여러 다른 일반 유형으로 이해할 수 있습니다.

이유는 Java에서 제네릭 개념의 목적은 코드 컴파일 단계에서만 작동한다는 것입니다. 컴파일 과정에서 제네릭 결과가 올바르게 검증되면 제네릭이 관련 정보가 됩니다. 즉, 성공적으로 컴파일된 클래스 파일에는 일반 정보가 포함되어 있지 않습니다. 일반 정보는 런타임 단계에 들어 가지 않습니다.

이것은 한 문장으로 요약할 수 있습니다. 일반 유형은 논리적으로 여러 다른 유형으로 볼 수 있지만 실제로는 모두 동일한 기본 유형입니다.

4. 와일드카드 입력

接着上面的结论，我们知道，Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c和Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c和Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？

为了弄清这个问题，我们继续看下下面这个例子:

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<Number> name = new Box<Number>(99);
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);

        getData(name);
        
        //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is 
        //not applicable for the arguments (Box<Integer>)
        getData(age);   // 1

    }
    
    public static void getData(Box<Number> data){
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }

}

我们发现，在代码//1处出现了错误提示信息：The method getData(Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a)。显然，通过提示信息，我们知道Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c在逻辑上不能视为Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a的父类。那么，原因何在呢？

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> b = a;  // 1
        Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);
        b.setData(f);        // 2

    }

    public static void getData(Box<Number> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }

}

class Box<T> {

    private T data;

    public Box() {

    }

    public Box(T data) {
        setData(data);
    }

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

}

这个例子中，显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。

假设Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c在逻辑上可以视为Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a的父类，那么//1和//2处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer? Float? 还是Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c不能视为Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a的父类。

好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a和Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。

类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。注意了，此处是类型实参，而不是类型形参！且Box6b3d0130bba23ae47fe2b8e8cddf0195在逻辑上是Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a、Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c...等所有Boxf4669da5dd7ec4cbc793dba728d85fa1的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> number = new Box<Number>(314);

        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
    }

    public static void getData(Box<?> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }

}

有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？

在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是Number类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。

public class GenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> number = new Box<Number>(314);

        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
        
        //getUpperNumberData(name); // 1
        getUpperNumberData(age);    // 2
        getUpperNumberData(number); // 3
    }

    public static void getData(Box<?> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
    
    public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }

}

此时，显然，在代码//1处调用将出现错误提示，而//2 //3处调用正常。

类型通配符上限通过形如Boxa2b037db85f4e1df0e812b9647ac55a8形式定义，相对应的，类型通配符下限为Boxda50108ad159903fabe211f1543600e8形式，其含义与类型通配符上限正好相反，在此不作过多阐述了。

 

五.话外篇

本文中的例子主要是为了阐述泛型中的一些思想而简单举出的，并不一定有着实际的可用性。另外，一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其实，在实际的编程过程中，自己可以使用泛型去简化开发，且能很好的保证代码质量。并且还要注意的一点是，Java中没有所谓的泛型数组一说。

对于泛型，最主要的还是需要理解其背后的思想和目的。

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