1.1 泛型的引入

在 Java 标准库中，ArrayList 是一种可以动态调整大小的数组，它内部基于 Object[] 数组实现。

public class ArrayList {
    private Object[] array;
    private int size;
    public void add(Object e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public Object get(int index) {...}
}

如果使用上述 ArrayList 存储 String 类型的数据，会存在以下缺点：

• 需要强制类型转换；
• 容易出错，例如，可能会出现 ClassCastException 异常。

例如，从 ArrayList 中获取 String 类型的数据时，需要进行强制类型转换：

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
// 获取到Object，必须强制转型为String:
String first = (String) list.get(0);

为了解决这个问题，可以为每种类型单独编写一个 ArrayList，例如 StringArrayList、IntegerArrayList 等。但是，这种方式会导致大量的重复代码，且无法应对所有可能的类型。

1.2 泛型的定义

为了解决上述问题，Java 引入了泛型的概念。泛型允许定义一种模板，例如 ArrayList<T>，其中 T 可以是任何 class。

public class ArrayList<T> {
    private T[] array;
    private int size;
    public void add(T e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public T get(int index) {...}
}

通过泛型，可以创建任意类型的 ArrayList：

// 创建可以存储String的ArrayList:
ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();
// 创建可以存储Float的ArrayList:
ArrayList<Float> floatList = new ArrayList<Float>();
// 创建可以存储Person的ArrayList:
ArrayList<Person> personList = new ArrayList<Person>();

这样，既实现了代码的复用，又通过编译器保证了类型安全。

1.3 泛型的类型检查

编译器会对泛型类型进行检查，确保类型安全。

ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>();
strList.add("hello"); // OK
String s = strList.get(0); // OK
strList.add(new Integer(123)); // compile error!
Integer n = strList.get(0); // compile error!

1.4 向上转型

在 Java 标准库中，ArrayList<T> 实现了 List<T> 接口，因此，类型 ArrayList<T> 可以向上转型为 List<T>。

public class ArrayList<T> implements List<T> {
    ...
}

List<String> list = new ArrayList<String>();

需要特别注意的是，不能把 ArrayList<Integer> 向上转型为 ArrayList<Number> 或 List<Number>。

这是因为如果允许这种转型，可能会导致类型安全问题。例如，可以将一个 Float 对象添加到 ArrayList<Number> 中，而 ArrayList<Integer> 实际上只能存储 Integer 对象，这会导致 ClassCastException 异常。

// 创建ArrayList<Integer>类型：
ArrayList<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
// 添加一个Integer：
integerList.add(new Integer(123));
// “向上转型”为ArrayList<Number>：
ArrayList<Number> numberList = integerList;
// 添加一个Float，因为Float也是Number：
numberList.add(new Float(12.34));
// 从ArrayList<Integer>获取索引为1的元素（即添加的Float）：
Integer n = integerList.get(1); // ClassCastException!

因此，编译器为了避免这种错误，根本就不允许把 ArrayList<Integer> 转型为 ArrayList<Number>。

注

ArrayList<Integer> 和 ArrayList<Number> 两者完全没有继承关系。

泛型的继承关系可以用下图表示：当 T 不变时，可以向上转型；T 本身不能向上转型。

  List<Integer>     ArrayList<Number>
    ▲                            ▲
    │                            │
    │                            X
    │                            │
ArrayList<Integer>  ArrayList<Integer>