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?

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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 T、E 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>和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 int、char 等基本数据类型，需要使用对应的包装类，如 Integer、Character。
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。