201871010111-刘佳华《面向对象程序设计（java）》第十一周学习总结
实验九 泛型程序设计技术
实验时间 2019-11-8
1、实验目的与要求
(1) 理解泛型概念；
(2) 掌握泛型类的定义与使用；
(3) 了解泛型方法的声明与使用；
(4) 掌握泛型接口的定义与实现；
(5) 理解泛型程序设计，理解其用途
第一部分：理论知识总结
1、泛型程序设计概念
- JDK 5.0 中增加的泛型类型，是Java 语言中类型安全的一次重要改进。
- 泛型：也称参数化类型(parameterized type)，就是在定义类、接口和方法时，通过类型参数指示将要处理的对象类型。（如ArrayList类）
- 泛型程序设计（Generic programming）：编写代码可以被很多不同类型的对象所重用。
2、泛型类的声明及实例化的方法
- 一个泛型类（generic class）就是具有一个或多个类型变量的类，即创建用类型作为参数的类。
- 如一个泛型类定义格式如下：class Generics＜K,V＞其中的K和V是类中的可变类型参数。
- Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号（<>）括起来，并放在类名的后面。
- 泛型类可以有多个类型变量。例如:public class Pair<T, U> { … }
- 类定义中的类型变量用于指定方法的返回类型以及域、局部变量的类型。
- 泛型类的约束与局限性:
- 不能用基本类型实例化类型参数
- 运行时类型查询只适用于原始类型
- 不能抛出也不能捕获泛型类实例
- 参数化类型的数组不合法
- 不能实例化类型变量
- 泛型类的静态上下文中类型变量无效
- 注意擦除后的冲突
3、泛型方法的定义
- 泛型方法：除了泛型类外，还可以只单独定义一个方法作为泛型方法，用于指定方法参数或者返回值为泛型类型，留待方法调用时确定。
- 泛型方法可以声明在泛型类中，也可以声明在普通类中。
public class ArrayTool {
public static<T> void insert(T[] e, int p)
{
//请自己添加代码
}
public static<T> T valueAt(T[] e , int p)
{
//请自己添加代码
}
}
4、泛型接口的定义
public interfance IPool<T>
{
T get();
int add(T t);
}
泛型变量的限定：
1.定义泛型变量的上界
extends关键字所声明的上界既可以是一个类，也可以是一个接口
2.定义泛型变量的下界
– 通过使用super关键字可以固定泛型参数的类型为某种类型或者其超类
– 当程序希望为一个方法的参数限定类型时，通常可以使用下限通配符
泛型类的约束与局限性（*）
不能用基本类型实例化类型参数
运行时类型查询只适用于原始类型
不能抛出也不能捕获泛型类实例
参数化类型的数组不合法
不能实例化类型变量
泛型类的静态上下文中类型变量无效注意擦除后的
泛型类型的继承规则（*）
Java中的数组是协变的（covariant）。
通配符类型
通配符
– “？”符号表明参数的类型可以是任何一种类型，它和参数T的含义是有区别的。T表示一种未知类型，而“？”表示任何一种类型。这种通配符一般有以下三种用法：
– 单独的？，用于表示任何类型。
– ? extends type，表示带有上界。
– ? super type，表示带有下界。
第二部分：实验内容和步骤
实验1： 导入第8章示例程序，测试程序并进行代码注释。
测试程序1：
l 编辑、调试、运行教材311、312页代码，结合程序运行结果理解程序；
l 在泛型类定义及使用代码处添加注释；
l 掌握泛型类的定义及使用。
代码如下：
package pair1; /**
* @version 1.00 2004-05-10
* @author Cay Horstmann
*/
public class Pair<T> //用户自定义泛型pair类
{
private T first;
private T second; public Pair() { first = null; second = null; }
public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } public T getFirst() { return first; }
public T getSecond() { return second; } public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
}
Pair
package pair1; /**
* @version 1.01 2012-01-26
* @author Cay Horstmann
*/
public class PairTest1
{
public static void main(String[] args)
{
String[] words = { "Mary", "had", "a", "little", "lamb" };
Pair<String> mm = ArrayAlg.minmax(words);
System.out.println("min = " + mm.getFirst());
System.out.println("max = " + mm.getSecond());
}
} class ArrayAlg
{
/**
* Gets the minimum and maximum of an array of strings.
* @param a an array of strings
* @return a pair with the min and max values, or null if a is null or empty
*/
public static Pair<String> minmax(String[] a)//获取字符串数组的最小值和最大值。
{
if (a == null || a.length == 0) return null;
String min = a[0];
String max = a[0];
for (int i = 1; i < a.length; i++)
{
if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i];
if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i];
}
return new Pair<>(min, max);// 具有最小值和最大值的对，如果a为null或空，则为null
}
}
PairTest1
运行结果：
- Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号（<>）括起来，并放在类名的后面。泛型类可以有多个类型变量。例如，可以定义Pair类，其中第一个域和第二个域使用不同的类型：
- public class Pair<T,U> {......}
- 类定义中的类型变量指定方法的返回类型以及域和局部变量的类型。例如：private T first; //uses the type variable
- 用具体的类型替换类型变量就可以实例化泛型类型，例如：Pair<String>
测试程序2：
l 编辑、调试运行教材315页 PairTest2，结合程序运行结果理解程序；
l 在泛型程序设计代码处添加相关注释；
l 了解泛型方法、泛型变量限定的定义及用途。
package pair2; /**
* @version 1.00 2004-05-10
* @author Cay Horstmann
*/
public class Pair<T>
{
private T first;
private T second; public Pair() { first = null; second = null; }
public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } public T getFirst() { return first; }
public T getSecond() { return second; } public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
}
Pair
package pair2; import java.time.*; /**
* @version 1.02 2015-06-21
* @author Cay Horstmann
*/
public class PairTest2
{
public static void main(String[] args)
{
LocalDate[] birthdays =
{
LocalDate.of(1906, 12, 9), // G. Hopper
LocalDate.of(1815, 12, 10), // A. Lovelace
LocalDate.of(1903, 12, 3), // J. von Neumann
LocalDate.of(1910, 6, 22), // K. Zuse
};
Pair<LocalDate> mm = ArrayAlg.minmax(birthdays);//创建localdate类型的pair对象
System.out.println("min = " + mm.getFirst());
System.out.println("max = " + mm.getSecond());
}
} class ArrayAlg
{
/**
Gets the minimum and maximum of an array of objects of type T.
@param a an array of objects of type T
@return a pair with the min and max values, or null if a is null or empty
*/
public static <T extends Comparable> Pair<T> minmax(T[] a)//使用extends关键字，定义泛型变量的上界,调用Comparable接口
{
if (a == null || a.length == 0) return null;
T min = a[0];
T max = a[0];
for (int i = 1; i < a.length; i++)
{
if (min.compareTo(a[i]) > 0) min = a[i];
if (max.compareTo(a[i]) < 0) max = a[i];
}
return new Pair<>(min, max);
}
}
PairTest2
运行截图：
- 为了让不同方法可以操作不同类型，而且类型还不确定。那么可以将泛型定义在方法上。
- *extends E: 可以接收E类型或者E的子类型，上限。
- *super E: 可以接收E类型或者E的父类型，下限。
测试程序3：
l 用调试运行教材335页 PairTest3，结合程序运行结果理解程序；
了解通配符类型的定义及用途。
package pair3; /**
* @version 1.00 2004-05-10
* @author Cay Horstmann
*/
public class Pair<T>
{
private T first;
private T second; public Pair() { first = null; second = null; }
public Pair(T first, T second) { this.first = first; this.second = second; } public T getFirst() { return first; }
public T getSecond() { return second; } public void setFirst(T newValue) { first = newValue; }
public void setSecond(T newValue) { second = newValue; }
}
Pair
package pair3; import java.time.*; public class Employee
{
private String name;
private double salary;
private LocalDate hireDay; public Employee(String name, double salary, int year, int month, int day)
{
this.name = name;
this.salary = salary;
hireDay = LocalDate.of(year, month, day);
} public String getName()
{
return name;
} public double getSalary()
{
return salary;
} public LocalDate getHireDay()
{
return hireDay;
} public void raiseSalary(double byPercent)
{
double raise = salary * byPercent / 100;
salary += raise;
}
}
Employee
package pair3; public class Manager extends Employee
{
private double bonus; /**
@param name the employee's name
@param salary the salary
@param year the hire year
@param month the hire month
@param day the hire day
*/
public Manager(String name, double salary, int year, int month, int day)
{
super(name, salary, year, month, day);
bonus = 0;
} public double getSalary()
{
double baseSalary = super.getSalary();
return baseSalary + bonus;
} public void setBonus(double b)
{
bonus = b;
} public double getBonus()
{
return bonus;
}
}
Manager
package pair3; /**
* @version 1.01 2012-01-26
* @author Cay Horstmann
*/
public class PairTest3
{
public static void main(String[] args)
{
var ceo = new Manager("Gus Greedy", 800000, 2003, 12, 15);
var cfo = new Manager("Sid Sneaky", 600000, 2003, 12, 15);
var buddies = new Pair<Manager>(ceo, cfo);
printBuddies(buddies); ceo.setBonus(1000000);
cfo.setBonus(500000);
Manager[] managers = { ceo, cfo }; var result = new Pair<Employee>();
minmaxBonus(managers, result);
System.out.println("first: " + result.getFirst().getName()
+ ", second: " + result.getSecond().getName());
maxminBonus(managers, result);
System.out.println("first: " + result.getFirst().getName()
+ ", second: " + result.getSecond().getName());
} public static void printBuddies(Pair<? extends Employee> p)//? extends type，表示带有上界
{
Employee first = p.getFirst();
Employee second = p.getSecond();
System.out.println(first.getName() + " and " + second.getName() + " are buddies.");//"?"在这儿是通配符，符号表明参数的类型可以是任何一种类型，它和参数T的含义是有区别的
} public static void minmaxBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result)
{
if (a.length == 0) return;
Manager min = a[0];
Manager max = a[0];
for (int i = 1; i < a.length; i++)
{
if (min.getBonus() > a[i].getBonus()) min = a[i];
if (max.getBonus() < a[i].getBonus()) max = a[i];
}
result.setFirst(min);
result.setSecond(max);
}
//T表示一种未知类型，而“？”表示任何一种类型
public static void maxminBonus(Manager[] a, Pair<? super Manager> result)
{
minmaxBonus(a, result);
PairAlg.swapHelper(result); // swapHelper捕获通配符类型
}
// 不能写公共静态<T超级管理器> ...
} class PairAlg
{
public static boolean hasNulls(Pair<?> p)
{
return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null;
} public static void swap(Pair<?> p) { swapHelper(p); } public static <T> void swapHelper(Pair<T> p)
{
T t = p.getFirst();
p.setFirst(p.getSecond());
p.setSecond(t);
}
}
PairTest3
运行结果：
- 为了表示各种泛型 List 的父类，可以使用类型通配符（？），将问号作为类型实参传给 List 集合，写作：List<?>（意思是元素类型未知的 List），此问号的元素类型可以匹配任何类型。
实验2：结对编程练习，将程序提交到PTA（2019面向对象程序设计基础知识测试题（2））
（1） 编写一个泛型接口GeneralStack，要求类中方法对任何引用类型数据都适用。GeneralStack接口中方法如下：
|
push(item); //如item为null，则不入栈直接返回null。 pop(); //出栈，如为栈为空，则返回null。 peek(); //获得栈顶元素，如为空，则返回null. public boolean empty();//如为空返回true public int size(); //返回栈中元素数量 |
（2）定义GeneralStack的子类ArrayListGeneralStack，要求：
ü 类内使用ArrayList对象存储堆栈数据，名为list；
ü 方法: public String toString()//代码为return list.toString();
ü 代码中不要出现类型不安全的强制转换。
（3）定义Car类，类的属性有：
|
private int id; private String name; |
方法：Eclipse自动生成setter/getter,toString方法。
（4）main方法要求
ü 输入选项，有quit, Integer, Double, Car 4个选项。如果输入quit，程序直接退出。否则，输入整数m与n。m代表入栈个数，n代表出栈个数。然后声明栈变量stack。
ü 输入Integer，打印Integer Test。建立可以存放Integer类型的ArrayListGeneralStack。入栈m次，出栈n次。打印栈的toString方法。最后将栈中剩余元素出栈并累加输出。
ü 输入Double ，打印Double Test。剩下的与输入Integer一样。
ü 输入Car，打印Car Test。其他操作与Integer、Double基本一样。只不过最后将栈中元素出栈，并将其name依次输出。
特别注意：如果栈为空，继续出栈，返回null
输入样例
|
Integer 5 2 1 2 3 4 5 Double 5 3 1.1 2.0 4.9 5.7 7.2 Car 3 2 1 Ford 2 Cherry 3 BYD quit |
输出样例
|
Integer Test push:1 push:2 push:3 push:4 push:5 pop:5 pop:4 [1, 2, 3] sum=6 interface GeneralStack Double Test push:1.1 push:2.0 push:4.9 push:5.7 push:7.2 pop:7.2 pop:5.7 pop:4.9 [1.1, 2.0] sum=3.1 interface GeneralStack Car Test push:Car [id=1, name=Ford] push:Car [id=2, name=Cherry] push:Car [id=3, name=BYD] pop:Car [id=3, name=BYD] pop:Car [id=2, name=Cherry] [Car [id=1, name=Ford]] Ford interface GeneralStack |
代码如下：
public interface GeneralStack<T> {
public T push(T item); //如item为null,则不入栈直接返回null
public T pop(); //出栈,如为栈为空,则返回null。
public T peek(); //获得栈顶元素，如为空，则返回null.
public boolean empty(); //如为空返回true
public int size(); //返回栈中元素数量
}
GeneralStack
public class ArrayListGeneralStack implements GeneralStack{
ArrayList list =new ArrayList();
public String toString(){
return list.toString();
}
@Override
public Object push(Object item) {
// TODO Auto-generated method stub
if (list.add(item)){
return item;
}else {
return false;
}
}
@Override
public Object pop() {
// TODO Auto-generated method stub
if (list.size()==0){
return null;
}
return list.remove(list.size()-1);
}
@Override
public Object peek() {
// TODO Auto-generated method stub
return list.get(list.size()-1);
}
@Override
public boolean empty() {
// TODO Auto-generated method stub
if (list.size()==0){
return true;
}else {
return false;
}
}
@Override
public int size() {
// TODO Auto-generated method stub
return list.size();
}
}
ArrayListGeneralStack
public class Car{
private int id;
private String name;
public Car(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
// TODO Auto-generated method stub
return "Car [" +"id=" + id +", name=" + name +"]";
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
Car
public class Test {
public static void main(String args[] ) {
Scanner S=new Scanner(System.in);
while(true) {
String sc=S.nextLine();
if(sc.equals("quit")) {
break;
}
else if(sc.equals("Integer")) {
System.out.println("Integer Test");
int count=S.nextInt();
int pop_time=S.nextInt();
ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
for (int i=0;i<count;i++){
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextInt()));
}
for (int i=0;i<pop_time;i++){
System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
}
System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
int sum=0;
int size=arrayListGeneralStack.size();
for (int i=0;i<size;i++){
sum+=(int)arrayListGeneralStack.pop();
}
System.out.println("sum="+sum);
System.out.println("interface GeneralStack");
}
else if (sc.equals("Double")) {
System.out.println("Double Test");
int count=S.nextInt();
int pop_time=S.nextInt();
ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
for (int i=0;i<count;i++){
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextDouble()));
}
for (int i=0;i<pop_time;i++){
System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
}
System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
double sum=0;
int size=arrayListGeneralStack.size();
for (int i=0;i<size;i++){
sum+=(double)arrayListGeneralStack.pop();
}
System.out.println("sum="+sum);
System.out.println("interface GeneralStack");
}
else if (sc.equals("Car")){
System.out.println("Car Test");
int count=S.nextInt();
int pop_time=S.nextInt();
ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
for (int i=0;i<count;i++){
int id=S.nextInt();
String name=S.next();
Car car = new Car(id,name);
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(car));
}
for (int i=0;i<pop_time;i++){
System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
}
System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
if (arrayListGeneralStack.size()>0){
int size=arrayListGeneralStack.size();
for (int i=0;i<size;i++){
Car car=(Car) arrayListGeneralStack.pop();
System.out.println(car.getName());
}
}
System.out.println("interface GeneralStack");
}
}
}
}
Test
整体代码如下：
package week11PartnerProgrem; import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner; interface GeneralStack<T> {
public T push(T item); //如item为null,则不入栈直接返回null
public T pop(); //出栈,如为栈为空,则返回null。
public T peek(); //获得栈顶元素，如为空，则返回null.
public boolean empty(); //如为空返回true
public int size(); //返回栈中元素数量
}
class ArrayListGeneralStack implements GeneralStack{
ArrayList list =new ArrayList(); public String toString(){
return list.toString();
}
@Override
public Object push(Object item) {
// TODO Auto-generated method stub
if (list.add(item)){
return item;
}else {
return false;
}
} @Override
public Object pop() {
// TODO Auto-generated method stub
if (list.size()==0){
return null;
}
return list.remove(list.size()-1);
} @Override
public Object peek() {
// TODO Auto-generated method stub
return list.get(list.size()-1);
} @Override
public boolean empty() {
// TODO Auto-generated method stub
if (list.size()==0){
return true;
}else {
return false;
}
} @Override
public int size() {
// TODO Auto-generated method stub
return list.size();
} } class Car{
private int id;
private String name;
public Car(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
// TODO Auto-generated method stub
return "Car [" +"id=" + id +", name=" + name +"]";
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
public class Test {
public static void main(String args[] ) {
Scanner S=new Scanner(System.in);
while(true) {
String sc=S.nextLine();
if(sc.equals("quit")) {
break;
}
else if(sc.equals("Integer")) {
System.out.println("Integer Test");
int count=S.nextInt();
int pop_time=S.nextInt();
ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
for (int i=0;i<count;i++){
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextInt()));
}
for (int i=0;i<pop_time;i++){
System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
}
System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
int sum=0;
int size=arrayListGeneralStack.size();
for (int i=0;i<size;i++){
sum+=(int)arrayListGeneralStack.pop();
}
System.out.println("sum="+sum);
System.out.println("interface GeneralStack");
}
else if (sc.equals("Double")) {
System.out.println("Double Test");
int count=S.nextInt();
int pop_time=S.nextInt();
ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
for (int i=0;i<count;i++){
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(S.nextDouble()));
}
for (int i=0;i<pop_time;i++){
System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
}
System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
double sum=0;
int size=arrayListGeneralStack.size();
for (int i=0;i<size;i++){
sum+=(double)arrayListGeneralStack.pop();
}
System.out.println("sum="+sum);
System.out.println("interface GeneralStack");
}
else if (sc.equals("Car")){
System.out.println("Car Test");
int count=S.nextInt();
int pop_time=S.nextInt();
ArrayListGeneralStack arrayListGeneralStack = new ArrayListGeneralStack();
for (int i=0;i<count;i++){
int id=S.nextInt();
String name=S.next();
Car car = new Car(id,name);
System.out.println("push:"+arrayListGeneralStack.push(car));
}
for (int i=0;i<pop_time;i++){
System.out.println("pop:"+arrayListGeneralStack.pop());
}
System.out.println(arrayListGeneralStack.toString());
if (arrayListGeneralStack.size()>0){
int size=arrayListGeneralStack.size();
for (int i=0;i<size;i++){
Car car=(Car) arrayListGeneralStack.pop();
System.out.println(car.getName());
}
}
System.out.println("interface GeneralStack");
} } }
}
Test
运行截图：
第三部分：
- 实验心得：
本章我们学习了泛型程序设计技术，理解了泛型概念，掌握了泛型类的定义与使用和泛型方法的声明与使用。在验证实验中，通过对代码的解读，更好的学习了泛型程序<T>的使用，虽然不是很熟练，但还是做出来了，感觉依旧存在些小问题，在接下来的实验中要更好的解决。还有在自己编程时，还存在很大问题。在之后的学习中，我会多练习程序去了解这些知识。