Java泛型机制必要性及原理解析

泛型程序设计（Generic Programming）

“使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱地使用Object变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。泛型对于集合类尤其有用。”

1.意义、必要性、重要性

泛型程序设计 意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用。例如，我们并不希望为聚集String和File对象分别设计不同的类。实际上，也不需要这样做，因为一个ArrayList类就可以聚集任何类型的对象。这是一个泛型程序设计的实例。

事实上，在Java增加泛型机制前就存在一个ArrayList类。下面借助ArrayList类的演变来说明Java引入泛型机制到底有重要。

在Java引入泛型类之前，ArrayList类将维护一个Object引用的数组：

public class ArrayList{
  private Object[] elementData;
  ...
  public Object get(int i){...}
  public void add(Object o){...}
}

使用这种ArrayList类存在两个问题：

每获取一个值都必须进行强制类型转换。

ArrayList files = new ArrayList();
...
String fileName = (String) files.get(0);

由于没有错误检查，可以插入任意类型的对象。

files.add(new File("..."));

对于上面的操作，编译和运行的时候都不会出错。然而，当其他地方取出该数据，并试图进行强制类型转换时就会产生一个错误。

ArrayList files = new ArrayList();
//不报错
files.add(new File("..."));
//报错
String fileName = (String) files.get(0);

对于上面提到的两个问题，泛型提供了一个很好的解决方案：类型参数（type parameters）。在ArrayList类中使用一个类型参数来指示元素的类型：

public class ArrayList<E>{
  private Object[] elementData;
  ...
  public E get(int i){...}
  public void add(E o){...}
}

ArrayList<String> files = new ArrayList<>();

这使得代码具有更好的可读性，人们一看就能知道这个数组列表中包含的是String对象。

同时，编译器也可以很好的利用这个信息。当调用get方法时，因为编译器已经知道返回值是String类型，所以不在需要进行强制类型转换。当调用add方法时，编译器因为知道add方法的参数是String类型，可以对add方法的使用进行检查，避免调用者传入错误类型的参数。

在编译时就发现错误比运行时才发现错误要好得多*，类型参数的魅力在于：使得程序具有更好的可读性和安全性。