Java高手是这样炼成的。

01、Java集合类包括哪些？

作为学习集合类泛类型的预备知识，图1列出了Java集合类继承图。要学会集合类泛类型，除了懂得集合类外，大家也需 要了解继承的工作原理。图中虚线表示Collection是一个接口。 

02、什么是集合类泛类型？

泛类型最初发表于JDK5.0，主要应用于声明和定义Java的集合类。首先看一个具体例子： 

List<?> bList; //声明一个任何类型元素的集合

我们称<?>为泛类型。具体地讲为无通界泛类型，简称无界泛型，英文称之为Wildcard。

List<?>bList;

只是声明了一个名为bList的List集合。在编写bList的具体应用代码时，我们必须用具体的类数据， 如Integer, Double, String等等，来替换或者指定具体的bList元素类型。例如：

List<?> bList; //声明一个任何类型元素的集合
…
List<Integer> iList = new ArrayList<Integer>(); //创建一个Integer集合
iList.add(8); //增添元素，实例变量赋值
iList.add(88);
bList = new ArrayList<Integer>(iList); //bList也可以是Integer元素的ArrayList集合

以上例子只是Java泛类型的一个简单例子。从以上例子我们可以看到：

1. 泛类型的应用改变了Java语法表示和代码编写传统。

2. 泛类型具有更广泛的声明和定义集合类的功能。

3. 使得对集合类的表示更加复杂和多样化。

03、泛类型的发展历史

泛类型并不是Java独有的，它最先在C/C++中应用。

泛类型实际上是以类型模式，即templates方式抽象定义数据类型。与templates不同的是，Java中的泛类型不允许是基本变量类型，也不允许将泛类型应用到静态变量和静态初始化程序块中。

如下是Java中使用泛类型的典型例子：

class SomeClass<T> {
  T value;
  SomeClass(T value) {
    this.value = value;
  }
...
}

以上代码定义了一个泛类型someClass<T>。尖括号为泛类型标识符。尖括号中可以是任何合法名，如T，表示类型参数。通常简写为大写字母。在创建对象时，必须用可实例化的类，或称参数化类型替换，如：

SomeClass<Integer> obj = new SomeClass<Integer>(100);

在应用参数化类型作替换时，也必须使用尖括号，并在尖括号中应用具体的数据类型，例如Integer。这里，创建了一个具有Integer参数化类型的、SomeClass的对象obj。注意，参数化类型不允许是基本变量类型，否则为非法语句。

回到Java的集合类，我们可以利用以上技术用集合类的根接口Collection以泛类型格式定义如下：

public interface Collection<E> {
  //定义基本的集合类方法
}

Collection<E>称为泛类型，<E>表示类型参数。在创建集合时，它可以被具体的参数化类型所代替。如我们在本章开始讨论过的例子：

Collection<String> collect = new ArrayList<String>();

类型参数<E>被参数化类型<String>所代替，创建了一个名为collect具有字符串类型元素的ArrayList集合，或简称字符串集合。由于Collection是ArrayList的父类，所以可以作为对ArrayList的引用。

04、泛类型的广泛应用举例

泛类型不仅用于集合，也可以用来定义类中的实例变量，但这些变量不允许是基本数据类型。如下例在自定义类GeneItems时定义了三个泛类型，每个类型参数用逗号分隔。即：

class GeneItems<T1, T2 , T3> {
  private T1 firstObj;
  private T2 secondObj;
  private T3 thirdObj;
  public GeneItems(T1 obj1, T2 obj2, T3 obj3) {
    firstObj = obj1;
    secondObj = obj2;
    thirdObj = obj3;
  }
  public void setFirstObj(T1 obj1) {
    firstObj = obj1;
  }
  public T1 getFirstObj() {
    return firstObj;
  }
  ...
}

注意，在多类型参数定义中，如果某个类型参数，如T1，用来定义指定的变量，如firstObj，除非作类型转换，否则在代码中，不允许再用其他类型参数定义firstObj。如下代码： 

public void setFirstObj(T2 obj1) {
  firstObj = obj1;
}

为非法语句。 如下代码： 

Geneitems<String, Integer, Double> items = new GeneItems<String, Integer, Double>("Java", 15, 79.89);

创建一个具有三个参数化类型的对象items，并对其实例变量初始化。在对整数类型和双精度类型变量初始化时将整数型常数15、双精度常数79.89分别作为两个包装类的实例变量。

以上讨论的类型参数被称为实类型参数concrete type parameters；参数化类型被称为实参数化类型concrete parameterized types。

在讨论和学会集合和泛类型的具体应用之前，还需要了解如下三个重要的泛类型概念。它们分别是：无界通配符<?>、上界通配符<? extends T>、以及下界通配符<? super T>。我们在前面的举例中初步讨论过无界通配符。下面系统地用实例教会你怎样应用这些通配符进行编程。

05、怎样读懂和应用无界通配符<?>

前面介绍过无界类型(Wildcard)，使用<?>用来表示一个实类型参数。因为<?>表示任何类型元素，所以也称无界通配符。这个无界通配符的目的是用问号代替任何类型元素；但这些元素不能是基本变量，如byte, , char, short, int, float, double, long以及boolean。注意在应用无界通配符时只是声明一个具有任何类型元素的集合，并没有创建或者定义它。我们必须使用具体的元素类型来创建或定义这个集合，才可以对这个集合的元素进行各种操作。例如：

List<?> dList; //声明一个任何类型元素的集合
 
List<Double> dList = new ArrayList<Double>(); //创建一个Double集合
dList.add(0.8); //增添元素
dList.add(0.08);
bList = new ArrayList<Double>(dList); //bList可以具有Double集合

同样的道理，bList可以包括dList的所有Double元素。 值得注意的是，使用通配符时，不允许直接在集合中增添元素。如： 

bList.add(19.22); //非法操作

这是因为如果任何类型的元素都可以增添到bList，则无类型安全的保证。 无界通配符经常作为方法的参数使用，例如： 

class TestWildcard <T>{
  static void printList(Collection<?> c) {
    for(Object obj : c)
      System.out.println(obj);
  }
}

在这个例子中，无界通配符<?>表示一个未确定实类型参数。调用这个方法时，这个参数可以是具有任何元素类型的Collection成员集合。在循环中，再把这个集合中的元素由Object来引用，当属合法应用。接着上面的例子：

TestWildcard.printList(dList); //或者TestWildcard.printList(bList);

dList或bList是Double元素的集合，是Collection的成员集合，可以作为printList()的合法参数。运行结果为：

0.8
0.08

如下程序演示调用printList(Collection<?> c)的更多例子：

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>(); //String将替换printList()的无界通配符
arrayList.add("abc");
arrayList.add("xyz");
Test.printList(agrrayList); //接受字符串集合

arrayList是字符串集合，也是Collection的成员。运行结果为：

abc
xyz

如下程序演示调用printList(Collection<?> c)的更多例子：

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>(); //String将替换printList()的无界通配符
arrayList.add("abc");
arrayList.add("xyz");
Test.printList(agrrayList); //接受字符串集合

arrayList是字符串集合，也是Collection的成员。运行结果为：

abc
xyz

注意  集合类不是Object。用Object引用集合类对象，如printList(Object c)，属非法。但集合类对象中的元素可以是Object对象，可以被Object引用，如for(Object obj : c)为合法。

06、怎样读懂和应用上界通配符<? extends T>

上界通配符(Upper-Bounded Wildcards) 限定元素类型，或实类型参数，必须是包括T在内的子类元素，否则为非法。例如：

List<? extends Number> aList；

这里，aList的实类型必须是数据类，如Integer、Long、Float、Double、BigDecimal以及Number，因为它们都是Number的子类。如：

aList = new LinkedList<Integer>();

以及：

aList = new ArrayList<Double>();

都属合法集合创建。而：

aList = new ArrayList<String>();

以及：

aList = new LinkedList<Object>();

均属非法。因为String没有继承Number，而Object则是Number的超类。

再讨论一个例子。假设有如下自定义继承类Item和Book2：  

class Item { //超类Item
  protected String name;
  Item(String name) {
    this.name = name;
  }
  public String toString() {
    return "Name: " + name;
  }
}
class Book2 extends Item { //子类Book2
  private int quantity;
  private String publisher;
  public Book2(String name, int quantity, String publisher)  {
    super(name);
    this.quantity = quantity;
    this.publisher = publisher;
  }
  public String toString() {
    return super.toString() + "\nQuantity: " + quantity
+ "\npublisher: " + publisher;
  }

假设使用如下具有上界通配符的静态方法：

static void printList(List<? extends Item> c) {
    for(Item item : c)
       System.out.println(item);
    }
  }

方法printList(List<? extends Item> c)规定调用这个方法的参数必须是Book2以及Item元素的集合。

如下代码： 

List<Book2> bList = new ArrayList<Book2>();
bList.add(new Book2("Java", 5, “ABC Publishing”)); //增添Book2元素
bList.add(new Book2("JSPS", 10, “Lulu.com”));
List<? extends Item> list = new ArrayList<Book2>(bList); //Book2 extends Item
Test.printList(list); //调用这个静态方法

list是bList的拷贝，其元素都是Book2。

运行结果为： 

Name: Java
Quantity: 5
Publisher: ABC Publishing
Name: JSPS
Quantity: 10
Publisher: Lulu.com

如下代码也符合上界通配符<? extends Item>的规定，属合法创建和调用：

List<Item> iList = new LinkedList<Item>();
iList.add(new Item("software"));
iList.add(new Item("hardware"));
Test.printList(iList); //调用这个静态方法，参数为Item的集合iList

运行结果为：

Name: software
Name: hardware

但如下代码：

List<String> sList = new LinkedList<String>();
sList.add("xyz");
Test.printList(sList); //编译错误

因为sList的元素定义为String，超出上界通配符<? extends Item>的范围，属非法调用。 如果将方法printList (List<?extends Item>C)中的实类型Item修改为泛类型，如： 

class TestWildcard <T> {
  static <T> void printList(List<? extends T> c) {
    for(T item : c)
       System.out.println(item);
  }
}

在应用时，泛类型T将被任何一个实类型替换，如Item，Book2，或者String替换，那么这个方法也可以接受sList作为合法参数。而<? extends Object>则等同于无界通配符<?>，因为所有类都是Object的子类。

07、怎样读懂和应用下界通配符<? super T>

下界通配符 (Lower Bounded Wildcards) 限定元素类型，或实类型参数，必须是包括T在内的超类元素，否则为非法。例如： 

List<? super Integer> aList;

规定sList必须是Object或者String类型的集合。 还以上面讨论过的Item和Book2为例。将方法printList()修改如下： 

class Test3 {
  static void printList(List<? super Book2> c) {
//或Collection <?   super Books> c
    for(Object item : c)
        System.out.println(item);
    }
}

注意，Book2的超类最终有可能是Object，必须用Object类引用集合c中的元素，才属合法。

首先创建并增添新元素到iList，再调用Test3中的printList()方法： 

List<Item> iList = new ArrayList<Item>();
iList.add(new Item("software"));
iList.add(new Item("hardware"));
List<? super Book2> list = new ArrayList<Item>(iList); //list具有iList的Item元素
Test3.printList(list); //合法调用

List中的元素都是Book2的超类元素Item，符合下界通配符<? super Book2>的规定，属合法调用。

08、高手怎样应用泛类型

在实际应用中，上、下界通配符经常在一起使用，以便限定集合中的元素类型。例如在java.util.Collections类中的搜索方法： 

int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)

规定了两个参数，第一个参数应用下界和上界通配符，指定list中的元素必须是而且实现了Comparable的子类，第二个参数指定了搜索键。

当然，所有JDK提供的类都满足这个条件。但自定义类必须首先实现Comparable接口，才可调用这个方法。

下面讨论上、下界通配符的具体应用。假设你编写了一个如下复制方法copy()： 

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
      for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
          dest.set(i, src.get(i));
  }
}

指定了两个参数。第一个参数规定dest中的元素必须是T，并包括T的超类，而第二个参数规定src中的元素必须是T并包括T的子类。同时满足这个两个条件的参数，或者集合元素，必须具备如下条件：

集合dest和src同类。或者，
集合dest和src具有继承关系。即src中的元素必须是dest的子类对象。
如下代码演示了符合以上两个条件的典型复制操作：

List<String> str1 = Arrays.asList("abc", "xyz"); //调用Arrays的asList()方法返回一个字符串集合
List<String> str2 = Arrays.asList("11");
Test.copy(str1, str2); //同类集合复制
System.out.println(str1);
List<Object> objs = Arrays.<Object>asList(1, 2.89, "three"); //返回一个Object集合
List<Integer> ints = Arrays.asList(100); //返回一个Integer集合
Test.copy(objs, ints); //Integer是Object的子类，合法复制
System.out.println(objs); //返回一个Item集合
List<Item> items = Arrays.<Item>asList(new Item("Java"), new Item("JSPS")); //返回一个Book2集合
List<Book2> books = Arrays.<Book2>asList(new Book2("J2EE", 100.89, "Bot Publishing"));
Test.copy(items, books); //Book2是Item的子类，合法复制
System.out.println(items)

运行结果为：

[11, xyz]
[100, 2.89, three]
[Name: J2EE price: 110.89 publisher: Bot Publishing, Name: JSPS price: 0.0]

为了增添元素方便，例子中应用了java.util.Arrays的方法asList()。这个方法接受一个或者多个元素，返回一个指定类型的ArrayList集合。

因为ArrayList实现List接口，我们利用List作为引用。可以看到，如果dest和src 都是相同类型集合，程序将执行指定的复制操作。

如String、Integer或者src是dest的子类, 如在Test.copy(items, books)中，books是items的子类。当然，如果src是Integer的集合，合法的dest集合还有Number以及Integer本身。

表1 总结了泛类型常用例子和术语解释。表中利用Collection和ArrayList为例，可以举一反三，推广到任何集合类的应用。

表1  泛类型常用例子和术语解释