高级java每日一道面试题-2024年8月30日-基础篇-你对泛型了解多少?

2024-08-30 23:36

本文主要是介绍高级java每日一道面试题-2024年8月30日-基础篇-你对泛型了解多少?,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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面试官: 你对泛型了解多少?

我回答:

泛型的基本概念

泛型是一种编程语言特性,它允许在类、接口或方法定义时使用类型参数(Type Parameters)。类型参数允许在编译时指定具体的类型,从而避免了运行时类型检查和转换带来的性能开销,并且增强了代码的类型安全性。

语法
  • 类型参数通常用大写字母表示,如 TE 等。
  • 在类或接口定义时,类型参数放在类名或接口名后面,用尖括号包围。
  • 在方法定义时,类型参数放在方法返回类型前面,同样用尖括号包围。

泛型的好处

  • 类型安全:通过泛型,你可以在编译时检查类型错误,而不是在运行时。
  • 消除类型转换:使用泛型后,大多数情况下都不需要再进行显式的类型转换。
  • 更高的代码复用率:可以编写更加通用的代码,适用于多种数据类型。
  • 更好的可读性:使用泛型可以使代码更加清晰,更容易理解。

泛型的使用

泛型类

泛型类是在类定义时声明一个或多个类型参数(type parameters),然后在类中使用这些类型参数来定义成员变量、方法等的类型。

public class Box<T> {private T t;public void set(T t) {this.t = t;}public T get() {return t;}
}
泛型接口

泛型接口和泛型类类似,也是在接口定义时声明一个或多个类型参数。

public interface Pair<K, V> {public K getKey();public V getValue();
}
泛型方法

泛型方法不仅限于泛型类或泛型接口,也可以在非泛型类或非泛型接口中定义。泛型方法在其返回类型前声明一个或多个类型参数。

public class Util {// 泛型方法public static <K, V> boolean compare(Pair<K, V> p1, Pair<K, V> p2) {return p1.getKey().equals(p2.getKey()) && p1.getValue().equals(p2.getValue());}
}

泛型的类型擦除

Java中的泛型是通过类型擦除来实现的。这意味着泛型信息只存在于编译时期,在进入JVM之前,与泛型相关的信息会被擦除掉。例如,List<String>List<Integer>在运行时都会被擦除成List,它们之间并没有区别。为了解决这个问题,Java引入了类型转换的强制检查,以及自动装箱和拆箱等机制。

示例
List<Integer> intList = new ArrayList<>();
List<String> stringList = new ArrayList<>();// 编译器允许,但运行时会抛出ClassCastException
intList = stringList; // 错误使用

泛型与继承

泛型与继承一起使用时,需要注意子类的类型参数不能比父类的类型参数更具体(逆变类型参数),但可以有更宽松的限制(协变返回类型)。

  • 类型参数的继承:在泛型类或接口中,可以指定类型参数继承自某个特定的类或接口。
  • 类型通配符的继承:使用上限通配符时,可以指定类型参数继承自某个特定的类或接口。
  • 协变(Covariance):List<? extends T>,表示可以接受 T 或其子类型的列表。
  • 逆变(Contravariance):List<? super T>,表示可以接受 T 或其超类型的列表。
  • <T extends SomeClass>:类型参数必须是 SomeClass 的子类或其本身。
  • <T extends SomeInterface>:类型参数必须是 SomeInterface 的实现类。
  • <T extends SomeClass & SomeInterface>:类型参数必须同时继承 SomeClass 并实现 SomeInterface
示例
// 泛型类继承
public class Box<T extends Comparable<T>> {// 类实现
}// 使用上限通配符
public void processBox(Box<? extends Integer> box) {// 方法实现
}

泛型与类型推理

Java 7 以后引入了类型推理(Type Inference),允许省略显式的类型参数,提高代码简洁性。

示例
List<String> list = new ArrayList<>(); // 类型推理

通配符

通配符(Wildcards)是泛型中的一种特殊类型参数,它用于表示未知类型。通配符主要有三种形式:

  • 无界通配符?,表示任何类型。
  • 上限通配符? extends Type,表示未知类型但一定是某个类型的子类型。
  • 下限通配符? super Type,表示未知类型但一定是某个类型的超类型。
示例
// 使用无界通配符
public void printBoxContents(Box<?> box) {System.out.println(box.getItem());
}// 使用上限通配符
public void copyItems(Box<? extends Number> source, Box<Number> target) {target.setItem(source.getItem());
}// 使用下限通配符
public void processBoxes(Box<? super Integer> box) {box.setItem(10); // 只能设置Integer或其子类型
}

泛型与原始类型

如果不指定泛型参数的类型,则称为原始类型(Raw Type)。使用原始类型会导致泛型的好处(如类型安全)丢失,因此在编写新代码时应尽量避免使用原始类型。

泛型与数组

Java 中的泛型不支持创建泛型数组,因为这会导致类型擦除问题。可以通过使用对象数组来绕过这一限制。

示例
public class GenericArray<T> {private Object[] array;public GenericArray(int size) {array = new Object[size];}public void set(int index, T value) {array[index] = value;}@SuppressWarnings("unchecked")public T get(int index) {return (T) array[index];}
}

泛型与反射

由于类型擦除,使用反射操作泛型时会遇到一些限制。例如,在运行时无法获取到泛型参数的具体类型信息。

泛型限制

  • 泛型不能使用基本数据类型: Java 泛型只支持对象类型,因此不能直接使用 intchar 等基本数据类型,需要使用对应的包装类,如 IntegerCharacter
  • 不能实例化泛型类型: 你不能直接创建泛型类型的实例,例如 new T() 是非法的。通常,你可以使用工厂模式或者其他方法来实例化泛型对象。
  • 类型擦除: Java 泛型在编译时使用类型擦除机制,实际运行时所有泛型类型参数都被擦除为它们的限定类型(如 Object)。这意味着在运行时泛型信息不可用,因此无法使用泛型信息进行反射或其他操作。

应用场景

  • 集合框架: 泛型在 Java 集合框架中广泛使用,提供了类型安全的集合类,如 ArrayList<T>HashMap<K, V> 等。
  • 工具类:如 Arrays.asList()Collections.sort() 等。
  • 通用算法: 泛型可以用于编写通用的算法和数据结构,如排序算法和栈、队列等数据结构,可以处理不同类型的数据。

泛型使 Java 的集合类和其他 API 更加灵活和强大,同时保持了类型安全性。

总结

  • 泛型是 Java 编程语言中的一项重要特性,它提高了代码的类型安全性、可读性和可维护性。掌握泛型的基本概念、语法以及进阶话题,对于编写高质量的 Java 代码至关重要。在实际开发中,合理使用泛型可以避免很多潜在的类型错误,并且使代码更加灵活和通用。

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