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[TOC]
<!-- Generics -->
# 第二十章 泛型
> 普通的类和方法只能使用特定的类型:基本数据类型或类类型。如果编写的代码需要应用于多种类型,这种严苛的限制对代码的束缚就会很大。
多态是一种面向对象思想的泛化机制。你可以将方法的参数类型设为基类,这样的方法就可以接受任何派生类作为参数,包括暂时还不存在的类。这样的方法更通用,应用范围更广。在类内部也是如此,在任何使用特定类型的地方,基类意味着更大的灵活性。除了`final`类(或只提供私有构造函数的类)任何类型都可被扩展,所以大部分时候这种灵活性是自带的。
多态是一种面向对象思想的泛化机制。你可以将方法的参数类型设为基类,这样的方法就可以接受任何派生类作为参数,包括暂时还不存在的类。这样的方法更通用,应用范围更广。在类内部也是如此,在任何使用特定类型的地方,基类意味着更大的灵活性。除了 `final` 类(或只提供私有构造函数的类)任何类型都可被扩展,所以大部分时候这种灵活性是自带的。
拘泥于单一的继承体系太过局限,因为只有继承体系中的对象才能适用基类作为参数的方法中。如果方法以接口而不是类作为参数,限制就宽松多了,只要实现了接口就可以。这给予调用方一种选项,通过调整现有的类来实现接口,满足方法参数要求。接口可以突破继承体系的限制。
@@ -23,16 +24,17 @@
Java 的设计者曾说过,这门语言的灵感主要来自 C++ 。尽管如此,学习 Java 时基本不用参考 C++ 。
但是Java 中的泛型需要与 C++ 进行对比,理由有两个:首先,理解 C++ *模板*(泛型的主要灵感来源,包括基本语法)的某些特性,有助于理解泛型的基础理念。同时,非常重要的一点是,你可以了解 Java 泛型的局限是什么,以及为什么会有这些局限。最终的目标是明确 Java 泛型的边界,让你成为一个程序高手。只有知道了某个技术不能做什么,你才能更好做到所能做的(部分原因是,不必浪费时间在死胡同里)。
但是Java 中的泛型需要与 C++ 进行对比,理由有两个:首先,理解 C++ *模板*(泛型的主要灵感来源,包括基本语法)的某些特性,有助于理解泛型的基础理念。同时,非常重要的一点是,你可以了解 Java 泛型的局限是什么,以及为什么会有这些局限。最终的目标是明确 Java 泛型的边界,让你成为一个程序高手。只有知道了某个技术不能做什么,你才能更好做到所能做的(部分原因是,不必浪费时间在死胡同里)。
第二个原因是,在 Java 社区中,大家普遍对 C++ 模板有一种误解,而这种误解可能会令你在理解泛型的意图时产生偏差。
因此,本章中会介绍少量 C++ 模板的例子,仅当它们确实可以加深理解时才会引入。
<!-- Simple Generics -->
## 简单泛型
促成泛型出现的最主要的动机之一是为了创建*集合类*,参见[集合](./12-Collections.md)章节。集合用于存放要使用对象。数组也是如此,不过集合比数组更加灵活,功能更丰富。几乎所有程序在运行过程中都会涉及到一组对象,因此集合是可复用性最高的类库之一。
促成泛型出现的最主要的动机之一是为了创建*集合类*,参见[集合](./12-Collections.md)章节。集合用于存放要使用到的对象。数组也是如此,不过集合比数组更加灵活,功能更丰富。几乎所有程序在运行过程中都会涉及到一组对象,因此集合是可复用性最高的类库之一。
我们先看一个只能持有单个对象的类。这个类可以明确指定其持有的对象的类型:
@@ -48,7 +50,7 @@ public class Holder1 {
}
```
这个类的可复用性不高,它无法持有其他类型的对象。我们可不希望为碰到每个类型都编写一个新的类。
这个类的可复用性不高,它无法持有其他类型的对象。我们可不希望为碰到每个类型都编写一个新的类。
在 Java 5 之前,我们可以让这个类直接持有 `Object` 类型的对象:
@@ -116,15 +118,15 @@ public class Diamond<T> {
注意,在 `h3` 的定义处,`=` 右边的尖括号是空的(称为“钻石语法”),而不是重复左边的类型信息。在本书剩余部分都会使用这种语法。
一般来说,你可以认为泛型和其他类型差不多,只不过它们碰巧有类型参数罢了。在使用泛型时,你只需要指定类型参数即可。
一般来说,你可以认为泛型和其他类型差不多,只不过它们碰巧有类型参数罢了。在使用泛型时,你只需要指定它们的名称和类型参数列表即可。
### 一个元组类库
有时一个方法需要能返回多个对象。而 **return** 语句只能返回单个对象,解决方法就是创建一个容器对象,用它打包想要返回的多个对象。当然,可以在每次需要的时候,专门创建一个类来完成这样的工作。但是有了泛型,我们就可以一劳永逸。同时,还获得了编译时的类型安全。
有时一个方法需要能返回多个对象。而 **return** 语句只能返回单个对象,解决方法就是创建一个对象,用它打包想要返回的多个对象。当然,可以在每次需要的时候,专门创建一个类来完成这样的工作。但是有了泛型,我们就可以一劳永逸。同时,还获得了编译时的类型安全。
这个概念称为*元组*,它是将一组对象直接打包存储于其中的一个单一对象。可以从容器对象读取其中的元素,但不允许向其中存储新对象(这个概念也称为 *数据传输对象**信使* )。
这个概念称为*元组*,它是将一组对象直接打包存储于单一对象。可以从对象读取其中的元素,但不允许向其中存储新对象(这个概念也称为 *数据传输对象**信使* )。
通常,元组可以具有任意长度,元组中的对象可以是不同类型的。不过,我们希望能够为每个对象指明类型,并且从元组中读取出来时,能够得到正确的类型。要处理不同长度的问题,我们需要创建多个不同的元组。下面是一个可以存储两个对象的元组:
通常,元组可以具有任意长度,元组中的对象可以是不同类型的。不过,我们希望能够为每个对象指明类型,并且从元组中读取出来时,能够得到正确的类型。要处理不同长度的问题,我们需要创建多个不同的元组。下面是一个可以存储两个对象的元组:
```java
// onjava/Tuple2.java
@@ -359,6 +361,7 @@ brown over fox quick quick dog brown The brown lazy brown
`RandomList` 继承了 `ArrayList` 的所有方法。本例中只添加了 `select()` 这个方法。
<!-- Generic Interfaces -->
## 泛型接口
泛型也可以应用于接口。例如 *生成器*,这是一种专门负责创建对象的类。实际上,这是 *工厂方法* 设计模式的一种应用。不过,当使用生成器创建新的对象时,它不需要任何参数,而工厂方法一般需要参数。生成器无需额外的信息就知道如何创建新对象。
@@ -520,7 +523,7 @@ public class Fibonacci implements Supplier<Integer> {
虽然我们在 `Fibonacci` 类的里里外外使用的都是 `int` 类型,但是其参数类型却是 `Integer`。这个例子引出了 Java 泛型的一个局限性:基本类型无法作为类型参数。不过 Java 5 具备自动装箱和拆箱的功能,可以很方便地在基本类型和相应的包装类之间进行转换。通过这个例子中 `Fibonacci` 类对 `int` 的使用,我们已经看到了这种效果。
如果还想更进一步,编写一个实现了 `Iterator``Fibnoacci` 生成器。我们的一个选择是重写这个类,令其实现 `Iterator` 接口。不过,你并不是总能拥有源代码的控制权,并且,除非必须这么做,否则,我们也不愿意重写一个类。而且我们还有另一种选择,就是创建一个 *适配器* (Adapter) 来实现所需的接口,我们在前面介绍过这个设计模式。
如果还想更进一步,编写一个实现了 `Iterable``Fibnoacci` 生成器。我们的一个选择是重写这个类,令其实现 `Iterable` 接口。不过,你并不是总能拥有源代码的控制权,并且,除非必须这么做,否则,我们也不愿意重写一个类。而且我们还有另一种选择,就是创建一个 *适配器* (Adapter) 来实现所需的接口,我们在前面介绍过这个设计模式。
有多种方法可以实现适配器。例如,可以通过继承来创建适配器类:
@@ -564,7 +567,7 @@ extends Fibonacci implements Iterable<Integer> {
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584
```
循环语句中使用 `IterableFibonacci`,必须在构造函数中提供一个边界值,这样 `hasNext()` 才知道何时返回 **false**,结束循环。
*for-in* 语句中使用 `IterableFibonacci`,必须在构造函数中提供一个边界值,这样 `hasNext()` 才知道何时返回 **false**,结束循环。
<!-- Generic Methods -->

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@@ -3,9 +3,198 @@
<!-- Appendix: Standard I/O -->
# 附录:标准IO
>*标准 I/O*这个术语参考Unix中的概念指程序所使用的单一信息流这种思想在大多数操作系统中也有相似形式的实现
程序的所有输入都可以来自于*标准输入*,其所有输出都可以流向*标准输出*,并且其所有错误信息均可以发送到*标准错误*。*标准 I/O* 的意义在于程序之间可以很容易地连接起来,一个程序的标准输出可以作为另一个程序的标准输入。这是一个非常强大的工具。
## 从标准输入中读取
遵循标准 I/O 模型Java 提供了标准输入流 `System.in`、标准输出流 `System.out` 和标准错误流 `System.err`。在本书中,你已经了解到如何使用 `System.out`将数据写到标准输出。 `System.out` 已经预先包装[^1]成了 `PrintStream` 对象。标准错误流 `System.err` 也预先包装为 `PrintStream` 对象,但是标准输入流 `System.in` 是原生的没有经过包装的 `InputStream`。这意味着尽管可以直接使用标准输出流 `System.in` 和标准错误流 `System.err`,但是在读取 `System.in` 之前必须先对其进行包装。
我们通常一次一行地读取输入。为了实现这个功能,将 `System.in` 包装成 `BufferedReader` 来使用,这要求我们用 `InputStreamReader``System.in` 转换[^2]成 `Reader` 。下面这个例子将键入的每一行显示出来:
```java
// standardio/Echo.java
// How to read from standard input
import java.io.*;
import onjava.TimedAbort;
public class Echo {
public static void main(String[] args) {
TimedAbort abort = new TimedAbort(2);
new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in))
.lines()
.peek(ln -> abort.restart())
.forEach(System.out::println);
// Ctrl-Z or two seconds inactivity
// terminates the program
}
}
```
`BufferedReader` 提供了 `lines()` 方法,返回类型是 `Stream<String>` 。这显示出流模型的的灵活性:仅使用标准输入就能很好地工作。 `peek()` 方法重启 `TimeAbort`,只要保证至少每隔两秒有输入就能够使程序保持开启状态。
## 将`System.out` 转换成 `PrintWriter`
`System.out` 是一个 `PrintStream`,而 `PrintStream` 是一个`OutputStream``PrintWriter` 有一个把 `OutputStream` 作为参数的构造器。因此,如果你需要的话,可以使用这个构造器把 `System.out` 转换成 `PrintWriter`
```java
// standardio/ChangeSystemOut.java
// Turn System.out into a PrintWriter
import java.io.*;
public class ChangeSystemOut {
public static void main(String[] args) {
PrintWriter out =
new PrintWriter(System.out, true);
out.println("Hello, world");
}
}
```
输出结果:
```
Hello, world
```
要使用 `PrintWriter` 带有两个参数的构造器,并设置第二个参数为 `true`,从而使能自动刷新到输出缓冲区的功能;否则,可能无法看到打印输出。
## 重定向标准 I/O
Java的 `System` 类提供了简单的 `static` 方法调用,从而能够重定向标准输入流、标准输出流和标准错误流:
- setInInputStream
- setOutPrintStream
- setErr(PrintStream)
如果我们突然需要在显示器上创建大量的输出,而这些输出滚动的速度太快以至于无法阅读时,重定向输出就显得格外有用,可把输出内容重定向到文件中供后续查看。对于我们想重复测试特定的用户输入序列的命令行程序来说,重定向输入就很有价值。下例简单演示了这些方法的使用:
```java
// standardio/Redirecting.java
// Demonstrates standard I/O redirection
import java.io.*;
public class Redirecting {
public static void main(String[] args) {
PrintStream console = System.out;
try (
BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(
new FileInputStream("Redirecting.java"));
PrintStream out = new PrintStream(
new BufferedOutputStream(
new FileOutputStream("Redirecting.txt")))
) {
System.setIn(in);
System.setOut(out);
System.setErr(out);
new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in))
.lines()
.forEach(System.out::println);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.setOut(console);
}
}
}
```
该程序将文件中内容载入到标准输入,并把标准输出和标准错误重定向到另一个文件。它在程序的开始保存了最初对 `System.out` 对象的引用,并且在程序结束时将系统输出恢复到了该对象上。
I/O重定向操作的是字节流而不是字符流因此使用 `InputStream``OutputStream`,而不是 `Reader``Writer`
<!-- Process Control -->
## 执行控制
你经常需要在Java内部直接执行操作系统的程序并控制这些程序的输入输出Java类库提供了执行这些操作的类。
一项常见的任务是运行程序并将输出结果发送到控制台。本节包含了一个可以简化此任务的实用工具。
在使用这个工具时可能会产生两种类型的错误:导致异常的普通错误——对于这些错误我们只需要重新抛出一个 `RuntimeException` 即可,以及进程自身的执行过程中导致的错误——我们需要用单独的异常来报告这些错误:
```java
// onjava/OSExecuteException.java
package onjava;
public class OSExecuteException extends RuntimeException {
public OSExecuteException(String why) {
super(why);
}
}
```
为了运行程序,我们需要传递给 `OSExecute.command()` 一个 `String command`,我们可以在控制台键入同样的指令运行程序。该命令传递给 `java.lang.ProcessBuilder` 的构造器(需要将其作为 `String` 对象的序列),然后启动生成的 `ProcessBuilder` 对象。
```java
// onjava/OSExecute.java
// Run an operating system command
// and send the output to the console
package onjava;
import java.io.*;
public class OSExecute {
public static void command(String command) {
boolean err = false;
try {
Process process = new ProcessBuilder(
command.split(" ")).start();
try (
BufferedReader results = new BufferedReader(
new InputStreamReader(
process.getInputStream()));
BufferedReader errors = new BufferedReader(
new InputStreamReader(
process.getErrorStream()))
) {
results.lines()
.forEach(System.out::println);
err = errors.lines()
.peek(System.err::println)
.count() > 0;
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (err)
throw new OSExecuteException(
"Errors executing " + command);
}
}
```
为了捕获在程序执行时产生的标准输出流,我们可以调用 `getInputStream()`。这是因为 `InputStream` 是我们可以从中读取信息的流。
这里这些行只是被打印了出来,但是你也可以从 `command()` 捕获和返回它们。
该程序的错误被发送到了标准错误流,可以调用 `getErrorStream()` 捕获。如果存在任何错误,它们都会被打印并且抛出 `OSExcuteException` ,以便调用程序处理这个问题。
下面是展示如何使用 `OSExecute` 的示例:
```java
// standardio/OSExecuteDemo.java
// Demonstrates standard I/O redirection
// {javap -cp build/classes/main OSExecuteDemo}
import onjava.*;
public class OSExecuteDemo {}
```
这里使用 `javap` 反编译器随JDK发布来反编译程序编译结果
```
Compiled from "OSExecuteDemo.java"
public class OSExecuteDemo {
public OSExecuteDemo();
}
```
[^1]: 译者注:这里用到了**装饰器模式**。
[^2]: 译者注:这里用到了**适配器模式**。
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