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Java帝国之泛型

作者:郭老师 时间:2017-11-23 16:18 来源:北大青鸟华美学院 点击: 76次
 
  1新王登基
  登基以后第一次早朝,意气风发的第5代Java国王坐在宝座上,看着下面恭恭敬敬的各位大臣,心情大好。
  他早已下定决心,要刷新吏治,革除弊端,将Java帝国带上更高的巅峰。
  国王的第一道命令就是要求各位大臣展开一场轰轰烈烈的自检运动,对自己负责的领域好好检查一遍,倾听一下帝国臣民们的呼声,半个月以后,每个大臣至少要报上来三条合理化建议。
  下面的大臣心说这肯定是三分钟热度,过段时间国王就忘了。虽然这么想,嘴上还是说道:“陛下圣明,真乃开天辟地之举,定会使我Java帝国江山永固。”
  没想到半个月后又一次早朝,国王真的开始检查作业了:“IO大臣,你那里情况如何?”
  老奸巨猾的IO大臣虽然挨了当头一棒,愣了一下,但是马上恢复了:“陛下,我Java帝国自成立以来,经过先祖们励精图治,制度几近完美,国家繁荣昌盛,子民们无不交口称颂,我这里实在是没有什么可以改进的了。”
  其他大臣也纷纷附和:“IO大臣所言极是,臣这里也找不到了”。
  国王看着这些不干事儿的官僚,恨得牙痒痒:“哼哼!你们没有,朕这里可是有啊,来人,宣C++帝国的使者进殿!”
  2C++使者
  一个年轻人在大家狐疑的目光中走了进来,在大殿中央给国王行了礼。
  国王说道:“这是C++国王来的使者,他带来了一个我们帝国没有的新玩意儿。泛型先生,你一路舟车劳顿,辛苦了,烦请你给我们说说C++王国的泛型吧。”
  看来国王早就和这个家伙串通好了,等着给我们好看呢,要小心,IO大臣警觉起来。
  这个被称为泛型先生的家伙说:“Java语言以严谨而著称,但是设计的时候却没有把泛型这个重要的概念给考虑进去,确实是不应该啊。”
  “什么是泛型?能举个例子吗?”线程大臣问道。
  泛型先生展示了一段代码:


 
  集合框架大臣一看这小子竟然想拿自己开刀,这还了得,接过话头儿说:“这有什么问题?”
  小伙子说:“我向List当中加了一个字符串和整数,看起来没有问题,可是使用List的人就麻烦了,他必须得知道第一个元素是字符串类型,第二个是Integer,还得强制转型,要不然就会出错。”


 
  “这不很正常吗?”集合框架大臣问道“写程序的那些码农当然要记住每个元素的类型了,再说了,我这个List能容纳任何类型的元素,多灵活!”
  泛型使者说:“这么做会增加使用者的责任,编译器也无法帮忙,在运行时才会抛出Class Cast异常。”
  “那你说说,怎么才能让编译器帮忙?”
  “这就是我来这里的目的了,在我的家乡C++帝国,我们可以定义一个模板类,例如:”


 
  “这里定义了一个模板类List,通过它你可以实例化成你想要的任何类型,例如List<int>,List<string>,List<Employee>......上面的代码实例化了一个List<int>,所以你只能往里边添加整数,如果添加其他类型的值例如字符串,编译器就能检查出来,直接报错。我们C++帝国把这种能力称为泛型(Generics)”
  集合框架大臣笑道:“哈哈,这么古怪的语法,怪不得你们C++越来越....”一转眼看到Java国王那威严的目光,他生生地把后半句给咽了进去。
  “众位爱卿,估计你也看到了,这个‘泛型’能够在编译期检查出错误,使用List的人也不用做强制转型了,还是很有好处的。我们Java也应该加上类似功能”
  “怎么加上呢?”集合框架大臣问道。
  “好办啊,仿照C++的语法就行了”Java国王心想,这些占据高位,但是又不做事的家伙们以后要统统替换掉。
  国王让吕公公展开了一张写满代码的纸:


 
  “大家看看这段代码,看到那个T没有,你可以它想象成一个占位符,将来可以传入任意类型,例如Integer,String等等”


 
  集合框架大臣一看国王连代码都写好了,心说这国王也真够拼的,看来是铁了心要这么干了。
  3泛型实现
  IO大臣说:“陛下圣明,臣愚钝,还有一事不明,这个所谓的泛型,怎么实现呢?”
  C++泛型使者说:“在我们C++帝国,每次你去实例化一个泛型/模板类都会生成一个新的类,例如模板类是List,然后你用int,double,string,Employee分别去实例化,那编译的时候,我们就会生成四个新类出来,例如List_int和List_double,List_string,List_Employee。”
  集合框架大臣说:“啊?!这样一来得生成很多新的类出来啊,系统会不会膨胀得要爆炸了。”
  国王说:“不用担心,我已经给C++的泛型使者深谈过,我们不用膨胀法,相反,我们用擦除法。”
  “擦除法?”众大臣面面相觑。
  “简单来说就是一个参数化的类型经过擦除后会去除参数,例如ArrayList<T>会被擦除为ArrayList”


 
  “那我传入的String,Integer等都消失了?”集合框架大臣大惊失色。
  “不会的,我会把他们变成Object,例如ArrayList<Integer>其实被擦除成了原始的ArrayList:
  线程大臣问道:“陛下,我们通过泛型,本来是不想让臣民们写那个强制转型的,臣民们可以写成这样Integer i=list1.get(0);现在类型被擦除,都变成Object了,怎么处理啊?”
  Java国王说:“很简单啊,在编译的时候做点手脚,加个自动的转型嘛:Integer i=(Integer)list1.get(0);”
  “陛下真是高瞻远瞩,臣等拜服”IO大臣马上拍马屁。
  4泛型方法
  集合框架大臣说:“陛下,刚才您说的都是泛型类,对于一些静态方法该怎么办?”


 
  “简单啊,把那个<T>移到方法上去!”国王的命令不容置疑


 
  集合框架大臣看了一会,自言自语到:“这个静态的函数是求最大值的,就是说需要对List中的元素比较大小,如果臣民们传入的T没有实现Comparable接口,就没法比较大小了!”
  线程大臣,IO大臣纷纷点头称是。
  王国心想这些大臣也不是一无是处,还是有点想法的嘛,他转向C++的使者:“这倒是个难题,泛型使者,你怎么看?”
  “这个容易,可以做一个类型的限制,让臣民们传入类型T必须是Comparable的子类才行,要不然编译器就报错,我建议使用extends关键字。”C++的泛型使者看起来很有经验。


 
  “妙啊”国王大为赞赏“来人,赏金500两!”
  IO大臣提议:“陛下,臣提议让泛型使者在京城多呆几天,协助我们把Java泛型给实现了。”
  国王说:“准奏,这是一件大事情,希望各位爱卿同心协力,办好后朕还有重赏。”
  (老刘注:除了extends之外,Java泛型还支持super,实际上为了更加灵活,上面的Comparable<T>应该写成Comparable<?super T>,这里不再展开描述。)
  5泛型和继承
  经过了几个月的准备,Java泛型正式推出,开始让臣民们使用了。
  不出国王和大臣所料,泛型极大程度地减少了运行期那些转型导致的异常,简化了代码,受到了大家的一致欢迎。
  国王特地设置了一个泛型大臣的职务,暂时让集合框架大臣兼任,没办法,集合框架的改动是泛型的一个重头戏。
  过了几天,泛型大臣兼集合框架大臣上了一个奏章,上面有一张图和若干代码:




 
  国王觉得很诧异,这是怎么回事,print函数能接受的参数不是ArrayList<Fruit>吗?当传递一个ArrayList<Apple>为什么出错呢,难道我们Java帝国的多态不管用了吗?
  他召来泛型大臣问个明白。
  泛型大臣说:“陛下明鉴,这个Apple虽然是Fruit的子类,但是ArrayList<Apple>却不是ArrayList<Fruit>的子类,实际上他们俩之间是没有关系的,不能做转型操作,所以调用print的时候就报错了。”


 
  “为什么不能让ArrayList<Apple>转成ArrayList<Fruit>呢?”
  “如果可以这么做的话,那么不但可以向这个list中加入Apple,还可以加入Orange,泛型就被破坏了”


 
  “奥,原来如此”国王心想泛型大臣还是不错滴。“那针对刚才的问题怎么办呢?”
  “我和各位大臣商量了,我们打算引入一个通配符的方式来解决,把函数的输入参数改为改成下面这样:”


 
  “也就是说,传进来的参数,只要是Fruit或者Fruit的子类都可以,对吧”国王看出了关键。
  “是的,陛下,这样以来就可以接收ArrayList<Fruit>和ArrayList<Apple>,ArrayList<Orange>这样的参数了!”
  “好吧,虽然看起来有点不爽,就这么实施吧!”
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