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数据结构-包装类和泛型 - 详解

数据结构-包装类和泛型 - 详解
📅 发布时间:2026/6/19 8:29:26

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本系列文章为本人在学习路上遇到的问题和解决方法,在这里撰写成文是为了巩固知识和帮助其他友友。

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如有错误,请您指正批评 ^ _ ^

1. 包装类

在Java中,由于基本类型不是继承自Object,为了在反省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型。

1.1 基本数据类型和对应的包装类

1.2 装箱和拆箱

Java中自动实现了装箱和拆箱,也就是说可以用包装类进行基本数据运算。

int i = 10;
// 装箱操作,新建⼀个 Integer 类型对象,将 i 的值放⼊对象的某个属性中
Integer ii = Integer.valueOf(i);
Integer ij = new Integer(i);
// 拆箱操作,将 Integer 对象中的值取出,放到⼀个基本数据类型中
int j = ii.intValue();

下列代码输出什么,为什么?

public static void main(String[] args) {Integer a = 127;Integer b = 127;Integer c = 128;Integer d = 128;System.out.println(a == b);System.out.println(c == d);
}

输出结果分别为true、false,因为比较引用类型的时候,比较的是内存地址,Java创建了一个Integer缓存池,范围为-128~127,返回的是同一个对象。

2. 什么是泛型

一般的类和方法,只能使用具体的类型: 要么是基本类型,要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码,这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。

2.1 语法

class 泛型类名称<类型形参列表> {
//这里可以使用类参数
}
class ClassName {
}
class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这⾥可以使⽤类型参数 */ {// 这⾥可以使⽤类型参数
}
class ClassName extends ParentClass {// 可以只使⽤部分类型参数
}

代码示例:

class MyArray{public Object[] array=new Object[10];public T getPos(int pos){return (T)array[pos];}public void setVal(int pos,T val) {this.array[pos] = val;}
}
public class test {public static void main(String[] args) {MyArray myArray=new MyArray<>();myArray.setVal(0,0);myArray.setVal(1,1);Integer s=myArray.getPos(1);System.out.println(s);}
}

代码解释:

1. 类名后的<T>代表占位符,表示当前类是一个泛型类。

3. 泛型类的使用

3.1 语法

泛型类<类型实参> 变量名; // 定义⼀个泛型类引⽤
new 泛型类<类型实参>(构造⽅法实参); // 实例化⼀个泛型类对象

3.2 示例

MyArray list = new MyArray();

注意:泛型只能接受类,所有的基本数据类型必须使用包装类。

3.3 泛型推导

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时,可以省略类型实参的填写

MyArray list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为

4. 泛型如何编译的

4.1 擦除机制

1.基本概念

在编译时,Java编译器会将泛型类型信息从代码中移除,这个过程就叫做类型擦除。

擦除后,泛型类型会被替换为其边界类型(通常是Object)或者是指定的类型。

2. 擦除过程

将泛型参数替换为其边界或Object。

在必要的地方插入类型转换以保持类型安全。

生成桥接方法以保持多态性。

3. 示例:

擦除前

class MyArray {public Object[] array = new Object[10];public T getPos(int pos) {return (T)this.array[pos];}public void setVal(int pos,T val) {this.array[pos] = val;}
}

擦除后

class MyArray {public Object[] array = new Object[10];public Object getPos(int pos) {return this.array[pos];}public void setVal(int pos, Object val) {this.array[pos] = val;}
}

4.2 关于桥接方法

泛型类型擦除可能导致子类和父类方法的签名不一致。

为了维护Java的多态性,需要桥接方法来确保子类方法能够正确覆盖父类方法。

public class Node {T data;public void setData(T data) {this.data = data;}
}
public class StringNode extends Node {@Overridepublic void setData(String data) {super.setData(data);}
}

类型擦除后代码变为

public class Node {Object data;public void setData(Object data) {this.data = data;}
}
public class StringNode extends Node {public void setData(String data) {super.setData(data);}
}

此时StringNode的setData方法并没有真正覆盖父类的setData方法(参数类型不同)。为了解决这个问题,编译器会在StringNode中生成一个桥接方法:

// 编译器⽣成的桥接⽅法
public void setData(Object data) {setData((String) data);
}

5. 泛型的上界

在定义泛型类时,有时需要对传入的类型变量做一定的约束,可以通过类型边界来约束。

5.1 语法

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {...
}

5.2 示例

public class MyArray {...
}

只接受Number的子类型作为E的类型实参。

MyArray l1; // 正常,因为 Integer 是 Number 的⼦类型
MyArray l2; // 编译错误,因为 String 不是 Number 的⼦类型

5.3 复杂示例

public class MyArray> {...
}

E必须是实现了Comparable接口的。

6. 泛型方法

6.1 定义语法

⽅法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 ⽅法名称(形参列表) { ... }

6.2 示例

public class Util {//静态的泛型⽅法 需要在static后⽤<>声明泛型类型参数public static  void swap(E[] array, int i, int j) {E t = array[i];array[i] = array[j];array[j] = t;}
}

6.3 使用示例-可以类型推导

Integer[] a = { ... };
swap(a, 0, 9);
String[] b = { ... };
swap(b, 0, 9);

6.4 使用示例-不适用类型推导

Integer[] a = { ... };
Util.swap(a, 0, 9);
String[] b = { ... };
Util.swap(b, 0, 9);

7. 通配符

?用于在泛型的使用,即为通配符

7.1 通配符解决什么问题

示例:

class Message{private T message;public T getMessage(){return message;}public void setMessage(T message){this.message=message;}
}
public class test2 {public static void main(String[] args) {Message message=new Message<>();message.setMessage("你好");fun(message);}public static void fun(Message message){System.out.println(message.getMessage());}
}

以上程序会带来新的问题,如果现在泛型的类型设置的不是String,而是Integer。

 public static void main(String[] args) {Message message=new Message<>();message.setMessage(99);fun(message);}public static void fun(Message message){System.out.println(message.getMessage());}

我们需要的解决方案:可以接收所有的泛型类型,但是又不能够让用户随意修改。这种情况就需要使用通配符"?"来处理。

范例:使用通配符

public static void main(String[] args) {Message message=new Message<>();message.setMessage(99);fun(message);}public static void fun(Message message){System.out.println(message.getMessage());}

在"?"的基础上又产生了两个子通配符:

?extends类:设置通配符上限

?super类:设置通配符下限

7.2 通配符上界

语法:


//可以传⼊的实参类型是Number或者Number的⼦类

class Food{
}
class Fruit extends Food{
}
class Apple extends Fruit{
}
class Banana extends Fruit{
}
class Plate{private T data;public T getData(){return data;}public void setData(T data){this.data=data;}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {Plate plate=new Plate<>();plate.setData(new Apple());fun(plate);Plate plate2 = new Plate<>() ;plate2.setData(new Banana());fun(plate2);}public static void fun(Plate temp ){System.out.println(temp.getData());}
}

此时无法在fun函数中对temp进行添加元素,因为temp接收的是Fruit和他的子类,此时存储的元素应该是哪个子类无法确定。所以添加会报错!

7.3 通配符下界

语法


//代表 可以传⼊的实参的类型是Integer或者Integer的⽗类类型

class Food{
}
class Fruit extends Food{
}
class Apple extends Fruit{
}
class Banana extends Fruit{
}
class Plate{private T data;public T getData(){return data;}public void setData(T data){this.data=data;}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {Plate plate=new Plate<>();plate.setData(new Fruit());fun(plate);Plate plate2 = new Plate<>() ;plate2.setData(new Food());fun(plate2);}public static void fun(Plate temp ){System.out.println(temp.getData());}
}

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