Kotlin 泛型详解及简单实例

Kotlin 泛型详解

概述

一般类和函数，只能使用具体的类型：要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的约束对代码的限制很大。而OOP的多态采用了一种泛化的机制，在SE 5种，Java引用了泛型。泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

在Kotlin中，依然可以使用泛型，解耦类与函数与所用类型之间的约束，甚至是使用方法都与Java一致。

泛型类

声明一个泛型类

class Box<T>(t: T) {
  var value = t
}

通常, 要创建这样一个类的实例, 我们需要指定类型参数:

val box: Box<Int> = Box<Int>(1)

但是, 如果类型参数可以通过推断得到, 比如, 通过构造器参数类型, 或通过其他手段推断得到, 此时允许省略类型参数:

val box = Box(1) // 1 的类型为 Int, 因此编译器知道我们创建的实例是 Box<Int> 类型

泛型函数

泛型函数与其所在的类是否是泛型没有关系。泛型函数使得该函数能够独立于其所在类而产生变化。在<Thinking in Java>有这么一句话：无论何时只要你能做到，你就应该尽量使用泛型方法，也就是说如果使用泛型方法可以取代将整个类泛型化，那么就应该只使用泛型方法，因为它可以使事情更明白。这种泛型使用思想，在Kotlin中依然可以延续。

下面我们声明了一个泛型函数doPrintln，当T是一个Int类型时，打印其个位的值；如果T是String类型，将字母全部大写输出；如果是其他类型，打印“T is not Int and String”。

fun main(args: Array<String>) {
  val age = 23
  val name = "Jone"
  val person = true

  doPrintln(age) // 打印：3
  doPrintln(name) // 打印：JONE
  doPrintln(person) // 打印：T is not Int and String
}

fun <T> doPrintln(content: T) {

  when (content) {
    is Int -> println(content % 10) 
    is String -> println(content.toUpperCase())
    else -> println("T is not Int and String")
  }
}

注：

类型参数放在函数名称之前。
如果在调用处明确地传入了类型参数, 那么类型参数应该放在函数名称之后。如果不传入参数类型，编译器会根据传入的值自动推断参数类型。

擦除的神秘之处

下面我们先看一段代码：

class Box<T>(t : T) {
  var value = t
}


fun main(args: Array<String>) {
  var boxInt = Box<Int>(10)
  var boxString = Box<String>("Jone")

  println(boxInt.javaClass) // 打印：class com.teaphy.generic.Box
  println(boxString.javaClass) // 打印：class com.teaphy.generic.Box
}

现声明了一个泛型类Box<T>,在不同的类型的类型在行为方面肯定不一样，但是在我们获取其所在类时，我们只是得到了“class com.teaphy.generic.Box”。在这里我们不得不面对一个残酷的现实：在泛型内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息。

不管是Java还是Kotlin，泛型都是使用擦除来实现的，这意味着当你在使用泛型时，任务具体的类型信息都被擦除的，你唯一知道的就是你再使用一个对象。比如，Box<String>和Box<Int>在运行时是想的类型，都是Box的实例。在使用泛型时，具体类型信息的擦除是我们不不懂得不面对的，在Kotlin中也为我们提供了一些可供参考的解决方案：

类型协变
类型投射
泛型约束

类型协变

在类型声明时，使用协变注解修饰符(in或者out)。于这个注解出现在类型参数的声明处, 因此我们称之为声明处的类型变异。如果在使用泛型时，使用了该类型编译了会有什么效果呢？

假设我们有一个泛型接口Source<in T, out R>, 其中T由协变注解in修饰，R由协变注解Out修饰.

internal interface Source<in T, out R> {
  fun mapT(t: T): Unit
  fun nextR(): R
}

in T: 来确保Source的成员函数只能消费T类型，而不能返回T类型
out R：来确保Source的成员函数只能返回R类型，而不能消费R类型

从上面的解释中，我们可以清楚的知道了协变注解in和out的用意，其实际上是定义了类型参数在该类或者接口的用途，是用来消费的还是用来返回的，对其做了相应的限定。

类型投射

上面我们已经了解到了协变注解in和out的用意，下面我们将会用in和out，做一件有意义的事，看下面代码

fun copy(from: Array<out String>, to: Array<Any>) {
  // ...
}

fun fill(dest: Array<in String>, value: String) {
  // ...
}

对于copy函数中中，from的泛型参数使用了协变注解out修饰，意味着该参数不能在该函数中消费，也就是说在该函数中禁止对该参数进行任何操作。

对于fill函数中，dest的泛型参数使用了协变注解in修饰，Array<in String>与Java的 Array<? super String> 相同, 也就是说, 你可以使用CharSequence数组,或者 Object 数组作为 fill() 函数的参数

这种声明在Kotlin中称为类型投射(type projection)，类型投射的主要用于对参数做了相对因的限定，避免了对该参数类的不安全操作。

星号投射

有些时候, 你可能想表示你并不知道类型参数的任何信息, 但是仍然希望能够安全地使用它. 这里所谓”安全地使用”是指, 对泛型类型定义一个类型投射, 要求这个泛型类型的所有的实体实例, 都是这个投射的子类型.

对于这个问题, Kotlin 提供了一种语法, 称为星号投射(star-projection):

假如类型定义为 Foo<out T> , 其中 T 是一个协变的类型参数, 上界(upper bound)为 TUpper ,Foo<> 等价于 Foo<out TUpper> . 它表示, 当 T 未知时, 你可以安全地从 Foo<> 中读取TUpper 类型的值.
假如类型定义为 Foo<in T> , 其中 T 是一个反向协变的类型参数, Foo<> 等价于 Foo<inNothing> . 它表示, 当 T 未知时, 你不能安全地向 Foo<> 写入任何东西.
假如类型定义为 Foo<T> , 其中 T 是一个协变的类型参数, 上界(upper bound)为 TUpper , 对于读取值的场合, Foo<*> 等价于 Foo<out TUpper> , 对于写入值的场合, 等价于 Foo<in Nothing> .

如果一个泛型类型中存在多个类型参数, 那么每个类型参数都可以单独的投射. 比如, 如果类型定义为interface Function<in T, out U> , 那么可以出现以下几种星号投射:

Function<*, String> , 代表 Function<in Nothing, String> ;
Function<Int, *> , 代表 Function<Int, out Any?> ;
Function<, > , 代表 Function<in Nothing, out Any?> .

注意: 星号投射与 Java 的原生类型(raw type)非常类似, 但可以安全使用

泛型约束

对于一个给定的类型参数, 所允许使用的类型, 可以通过泛型约束(generic constraint) 来限制。

上界

最常见的约束是上界(upper bound)：

fun <T : Comparable<T>> sort(list: List<T>) {
  // ...
}

冒号之后指定的类型就是类型参数的上界(upper bound): 对于类型参数 T , 只允许使用 Comparable<T>的子类型. 比如:

sort(listOf(1, 2, 3)) // 正确: Int 是 Comparable<Int> 的子类型
sort(listOf(HashMap<Int, String>())) // 错误: HashMap<Int, String> 不是
Comparable<HashMap<Int, String>> 的子类型

如果没有指定, 则默认使用的上界是 Any? . 在定义类型参数的尖括号内, 只允许定义唯一一个上界. 如果同一个类型参数需要指定多个上界, 这时就需要使用单独的 where 子句:

fun <T> cloneWhenGreater(list: List<T>, threshold: T): List<T> where T : Comparable,
T : Cloneable {
  return list.filter { it > threshold }.map { it.clone() }
}

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