数据结构之初始泛型

找往期文章包括但不限于本期文章中不懂的知识点：

个人主页：我要学编程(ಥ_ಥ)-CSDN博客

所属专栏：数据结构（Java版）

深入了解包装类

包装类的由来

装箱与拆箱

面试题

泛型

泛型的语法与使用

泛型如何编译的

泛型的上界

泛型方法

泛型占位符

深入了解包装类

我们在最开始学习Java的数据类型时，就知道了Java的八大基本数据类型有自己对应的包装类，也就是引用类型。今天，我们就来彻底了解它们。

包装类的由来

在Java中，由于基本类型不是继承自Object类，为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都创造了对应的一个包装类型。如下：

基本类型与其对应的包装类类型
基本数据类型	包装类类型
byte	Byte
char	Character
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
boolean	Boolean

装箱与拆箱

装箱也叫作：装包。就是把基本数据类型转换成其对应的包装类类型。

例如：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 10;

        Integer c = new Integer(10);

        Integer b = Integer.valueOf(10);


        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
        System.out.println(c);
    }
}

上面三种写法，都是装箱的操作，即把基本数据类型转换成其对应的包装类类型。但要注意的是第二种方法，虽然代码可以正常执行，但我们现在不再使用这种方法了。从Java 9开始，这个方法就已经被摒弃了。下面是Java 8 和 Java 17的不同情况：

Java 8：

Java 17：

需要注意的是：这里爆红，但还是可以运行通过的。

拆箱也叫作：拆包。就是把包装类类型转换成其对应的基本数据类型。

例如：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer integer = 10;

        int a = integer;

        int b = integer.intValue();

        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
    }
}

注意：

当我们显式地去调用方法来进行装箱或者拆箱操作时，这种方式叫做：显式装箱（拆箱）。

当我们直接把基本数据类型转换为其对应的包装类类型或者进行这种拆箱操作时，这就叫做：自动装箱（拆箱）。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 10; // 自动装箱
        Integer b = Integer.valueOf(10); // 显式装箱
        
        int c = a; // 自动拆箱
        int d = b.intValue(); // 显式拆箱
    }
}

面试题

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 100;
        Integer b = 100;
        System.out.println(a == b); // 结果是 true

        Integer c = 200;
        Integer d = 200;
        System.out.println(c == d); // 结果是 false
    }
}

这里同样都是自动装箱，为什么输出的结果会不一样呢？

分析：a b c d 在这里都是一个引用类型，那么在用 == 比较时，比较的是它们各自在堆区的地址。这也就说明 a 和 b在堆区是同一块地址，但是c 和 d 在堆区不是同一块地址。

我们就可以去看这个装箱的源码，看看到底做了什么？

可以看到当装箱的 i 的值在 [low, high] 之间的时候，返回的是一个数组所对应的下标的值，而当 i 不在这个范围内时，返回的是一个新的对象。因此，我们可以得出结论了：100在这个范围内，200不在这个范围内。我们还是可以看一个这个源码对应的 low 和 high 的值的。

low 对应的值是 -128，high 对应的值是 127。

根据条件得出这个数组大致是这样的。因此当 i = 100时，返回的是在数组中的同一份；而 i = 200时，返回的是 new 的一个新对象。

泛型

包装类的出现就是为泛型服务的。那么什么是泛型呢？顾名思义：就是一个广泛的类型。泛型的出现是为了解决掉：一个类或者方法只能解决对应类型的问题。

例如：对整型数据排序，就只能用整型数组类解决。

class Myarray {
    public static void bubble_sort (int[] array) {
        // 趟数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            boolean flag = true;
            // 每一趟要比较的内容
            for (int j = 0; j < array.length-i-1; j++) {
                if (array[j] > array[j+1]) {
                    int tmp = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = tmp;
                    flag = false;
                }
            }
            if (flag) {
                break;
            }
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};
        System.out.println("排序前："+ Arrays.toString(array));
        Myarray.bubble_sort(array);
        System.out.println("排序后："+ Arrays.toString(array));
    }
}

从排序的结果来看：这个排序的功能是正确的。但是也只局限于排序整型数据，不能排序其他类型的数据，如果要排序的话，还得重新写一个这样的方法。于是就出现了泛型。所以，泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。

泛型的语法与使用

class 泛型类名称<类型形参列表> {
    // 这里可以使用类型参数
}

这里的参数列表可以不只有一种。就像下面这样：

class 泛型类名称<T1,T2,....,Tn> {
    
}

这里的T代表的是占位符，表示当前类是一个泛型类。

类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：

E 表示 Elements K 表示 Key V 表示 Value

N 表示 Number T 表示 Type S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型

至于这些占位符的区别以及各自之间的含义，我们待会再学习。我们可以用一个数组来接收多种不同的元素了。

class MyArray<T> {
    // 语法规定不能创建泛型数组，但Object可以拥有接收所有类的功能
    public Object[] objects;
    public MyArray(){
        this.objects = new Object[10];
    }
    public T getValue(int pos) {
        // 取出来的是一个Object类，得强转成 T
        return (T)objects[pos];
    }
    public void setValue(int pos, T value) {
        // 这里不考虑pos的无效，注重这里的思想
        objects[pos] = value;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray<Integer> myarray = new MyArray<>();
        myarray.setValue(0, 10);
        myarray.setValue(1, 20);


        //                                  这里可写可不写
        MyArray<String> myArray = new MyArray<String>();
        myArray.setValue(0, "Hello");
        myArray.setValue(1, "World");
    }
}

这里就实现了同一个类，但是可以接收不同的类型，实现了类型的参数化。这就是泛型的意义。

注意：

1. 泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！

2. 编译器会根据我们在实例化一个对象的时候来判断这个T到底是什么类型。

3. 我们也可能会遇到有的代码在使用泛型类时，没有标明具体的类型，但是还是可以运行通过。这是因为泛型这个概念是在 java 5之后提出来的。之前的 java 版本并没有这种写法，所以为了兼容老版本，泛型类在实例化时，会有未标明具体类型的情况，这种叫做裸类型。但是我们最好不要写这种代码出来。

泛型如何编译的

泛型是只存在于编译时期的名词，因为在编译过后不存在T、E等泛型占位符了。泛型的占位符在编译之后就被替换成了Object。这种机制被称为“擦除机制” 。将占位符擦除成Object。

泛型的上界

如果我们想要限制泛型的传过来的种类也是可以的。

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（就像上面那样），可以通过类型边界来约束。

语法：

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
    ...
}

注意：其实所有的泛型类都有一个上界：Object。

泛型方法

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) {
         ... 
}

例如：

// 规定这个方法是叫把pos位置的值置为value
public static <T> void swap (T[] array, int pos, T value) {
    array[pos] = value;
}

注意：只有静态的泛型方法里面才能有泛型的出现，普通的静态方法不能有泛型的出现。

因此，上面的排序就可以用泛型方法来解决。但是会有一个新的问题：Comparable 与这个数组会出现不兼容的情况，因为这个数组是基本数据类型，没有实现接口这一说法。所以得把这个数组变成包装类，但是在传参的过程中，T会被擦除成Object类，因此即使我们传过去的参数强转成T[ ]，也会发生类型转换异常。

因此这个排序最终是失败了。所以我就没有把代码传上来。但是泛型还是有很大的好处的：可以让一份代码对不同的对象执行相同的操作。

泛型占位符

接下来就学习泛型占位符的知识：

在Java泛型中，像 <T> 和 <E> 这样的占位符是用来表示类型参数的。它们本身没有本质上的区别，都代表一种未知的类型，将在编译时期由具体的实际类型替换。选择使用T、E或其他的，更多是基于习惯和上下文的清晰性。以下是几个常用的占位符及其常见用途：

T - 通常代表 Type，是最常见的泛型占位符，用于表示任何类型。在没有特定上下文暗示的情况下，泛型类或方法常使用 T。

E - 通常代表 Element，特别在集合框架中使用较多，暗示它代表集合中的元素类型，如 List<E> 或 set<E>。

K - 代表 Key，通常用在表示键的类型，比如在 Map <K，V> 中。

V - 代表 Value，通常与 K 一起使用，表示映射中的值类型。

N - 有时代表 Number，表示数值类型，尽管这不是Java标准库中的正式约定，但在特定上下文中可能会看到它的使用。

使用这些占位符主要是为了提高代码的可读性和自文档化能力。开发者可以根据上下文选择最合适的占位符来表达意图，但最终这些占位符都会被编译器替换为具体的类型信息，不会影响到生成的字节码或运行时行为。

此外，泛型中还有一个特殊的占位符 ?（问号），它作为通配符使用，表示未知的类型，可以有三种形式：无界通配符（?）、上界通配符（? extends SomeType）和下界通配符（? super SomeType），用来实现更灵活的泛型参数约束。（了解即可）