Chapter 5 Generics

Item 23: Don’t use raw types in new code

虽然你可以把一个List<String>传给一个List类型（raw type）的参数，但你不应该这么做（因为允许这样只是为了兼容遗留代码），举个例子：

// Uses raw type (List) - fails at runtime!
public static void main(String[] args) {List<String> strings = new ArrayList<String>();unsafeAdd(strings, new Integer(42));String s = strings.get(0); // Compiler会自动加上cast
}
private static void unsafeAdd(List list, Object o) {list.add(o);
}

以上代码说明如果你把List<String>类型转换成List类型，就可以往里面加任何东西了，编译器不会做检查，就很危险。但是你也不能把List<String>转换成List<Object>，但是你可以把List<String>转换成List<?>，读作List of some type（某种类型的List），但这时候你就不能忘里面add东西了（除了null），因为这个List包含某种类型，但你又不知道（或不关心）是具体是什么类型，那你加进去的东西很可能跟它应有的类型不匹配，所以你只能拿出来一个东西（并定义成Object类型）。如果你实在想add，可以用generic methods或bounded wildcard types。

由于在运行时“都变成了raw type”，所以instanceof后面只能用raw type：

// Legitimate use of raw type - instanceof operator
if (o instanceof Set) { // Raw typeSet<?> m = (Set<?>) o; // Wildcard type
}

这里的Cast不会造成编译器warning。

Item 24: Eliminate unchecked warnings

当写Generic的时候，通常会遇到很多warning。而你应该尽量eliminate掉每一个warning，这样到了runtime你的代码才更可能不会抛出ClassCastException。如果你没法消除这个warning，但你能证明是typesafe的，那你应该用@SuppressWarnings("unchecked")。SuppressWarnings可以用在类上，方法上，变量声明上，你应该将其用在the smallest scope possible，因为如果你比如用在整个class上，那你可能mask了一些关键性的warning，所以千万别这么做。有时候为了这个原则，你还不得不把某句语句拆成两句写，比如：

return (T[]) Arrays.copyOf(elements, size, a.getClass());

由于不能在return语句上加SuppressWarnings，所以你只能拆成两句：

@SuppressWarnings("unchecked")
T[] result = (T[]) Arrays.copyOf(elements, size, a.getClass());
return result;

每次你用@SuppressWarnings("unchecked")时，都应该注释一下你为什么要这么做。

Item 25: Prefer lists to arrays

数组是covariant的，意思就是如果Sub是Super的子类，那么Sub[]就是Super[]的“子类型”，这也就意味着你可以把String[]转成Object[],然后加一个Object对象进去，然后到runtime会报错。而泛型是invariant的，也就是对于任何的x和y，List<x>和List<y>没有任何关系。
你无法new一个跟泛型有关的数组，比如以下都是错误的：new List<E>[], new List<String>[], new E[]。为什么？书上举了个例子我懒得写了，反正我个人总结下来就是：都怪擦除，因为T[]到运行时其实就相当于Object[]，你可以往里面放任何东西，但按理说你应该只能放是T的东西进去。所以说不要把varargs和泛型混用，因为varargs其实就相当于创建了一个数组当成参数。由于这种无法创建数组的限制以及数组的协变性，你可以考虑用List<T>代替T[]，比如可以用new ArrayList<E>(list)代替(E[]) list.toArray()，会安全得多。
总结来说，泛型提供了编译时但非运行时的type safety，而数组恰好相反。

Item 26: Favor generic types

generic types就是Generic classes and interfaces。这个item就是教你怎么把你的类变成泛型类，比如我们要把item 6中基于Object[]的Stack升级为泛型的，那我们就把所有“Object”替换成“E”，并在类声明中加上泛型参数。这样会有一个问题就是：elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]这句话不能通过编译。因为你不能创建泛型数组，解决方法是：
1.elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
因为elements是个private的field，不会泄露给client，而唯一给这个数组“装元素”的地方就是push方法，而push方法push进去的东西保证是E类型的（通过编译器），所以你可以安心地加上@SuppressWarnings("unchecked")。（给这句所在constructor加，因为这句是赋值不是声明，所以加不了）
2.先elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; 然后把elements的定义改成Object[]类型的，最后E result = (E) elements[--size];就行了。
同理，因为push的时候已经确保元素肯定是E，所以这里的warning也可以suppress掉。这两种方法都可以，基本只是个人喜好问题。

Item 27: Favor generic methods

“Static utility methods”通常是泛型化的good candidates。在调用泛型方法的时候不需要显式指定泛型参数的具体类型，编译器会自己推断出来，这叫type inference。
后面这个generic singleton factory我来回看了几遍终于有那么一点似乎看懂了，首先例子代码如下：

interface UnaryFunction<T> {T apply(T arg);
}
private static UnaryFunction<Object> IDENTITY_FUNCTION = new UnaryFunction<Object>() {public Object apply(Object arg) {return arg;}
};
@SuppressWarnings("unchecked")
public static <T> UnaryFunction<T> identityFunction() {return (UnaryFunction<T>) IDENTITY_FUNCTION;
}

一开始我在想new UnaryFunction<Object>(){...}这句话是什么意思，为什么这里是Object而不能是T，后来一想：匿名类是同时声明和创建的，而创建一个泛型类的实例必须指定具体的type parameter，所以这里就相当于声明了一个 实现了UnaryFunction<T>的类，然后创建了一个它的实例（泛型参数是Object）。然后identityFunction方法是一个泛型的static factory method，会把UnaryFunction<Object>类型转换成 “调用这个泛型方法的时候被推断出来的类型 的类型的UnaryFunction”。先看一下用法：

public static void main(String[] args) {String[] strings = { "jute", "hemp", "nylon" };UnaryFunction<String> sameString = identityFunction();for (String s : strings)System.out.println(sameString.apply(s));Number[] numbers = { 1, 2.0, 3L };UnaryFunction<Number> sameNumber = identityFunction();for (Number n : numbers)System.out.println(sameNumber.apply(n));
}

第一次调用identityFunction()的时候被推断出来的类型是String，第二次是Number。然后以第一次为例，在调用sameString.apply(s)的时候，相当于编译器就会调用UnaryFunction<String>接口中的public String apply(String arg)方法，所以编译器此时会检查s这玩意儿是不是Sting，发现没问题，OK，返回的结果也会被编译器cast成String，而这里你的实际方法（return arg;）啥都没做，所cast肯定不会报错。这个例子的意思关键在于static factory method里面的那个cast： (UnaryFunction<T>) IDENTITY_FUNCTION，正是因为这个cast，所以client代码才能让 任何类型的UnaryFunction 都共享同一个实例（IDENTITY_FUNCTION ）。
但是我在普通的client代码里面试了一下，无法将List<Object> cast成 List<String>，看来这个技巧也只能在泛型方法里面用了。C#的类似实现（虽然可能不是单例）：

static void Main(string[] args)
{String[] strings = { "jute", "hemp", "nylon" };var sameString = IdentityFunction<String>();foreach (var s in strings){Console.WriteLine(sameString(s));}int[] ints = { 1, 2, 3 };var sameInt = IdentityFunction<int>();foreach (var s in ints){Console.WriteLine(sameInt(s));}
}
public static Func<T, T> IdentityFunction<T>()
{return arg => arg;
}

听起来很玄乎的一个概念recursive type bound，比如：<T extends Comparable<T>> may be read as “for every type T that can be compared to itself,”。
总之，generic methods和generic types都不需要client进行各种cast。

Item 28: Use bounded wildcards to increase API flexibility

为了更好的灵活性，应该在输入参数上用wildcard types。如果这个输入参数代表了一个producer就用entends，如果代表了一个consumer就用super，比如如果一个方法的参数声明是Collection<E> container，如果在方法内部只会从container读取E的instance（也就是E只能作为container方法中的返回类型），也就是container只是作为生产者，那么就应该把声明改成Collection<? extends E> container。（你可以这么记，不管返回什么，反正放到E类型的变量里肯定是安全的）同理，如果在方法内部，比如会把E的instance加到container里去，那么container就是消费者（也就是E会作为输入类型），那么就应该声明成Collection<? super E> container。如果既是生产者又是消费者，那就不能用bounded wildcards了。
注意不要在返回类型上用wildcard types，因为如果你这么做了会迫使client code里面也要受到wildcard types的限制，比如你返回了一个Set<E extends E>，那么得到这个东西的client就只能在它上面进行get操作，而不能add了。正确的用法是，你应该让client根本不用去思考wildcard types，wildcard types只是让你的API能接受更多的类型。
因为type inference的规则很复杂，有时候type inference会推理错，这时候你需要显示地指定一个type parameter，比如：Union.<Number>union(integers, doubles)。
item 27中有这么一个方法：

// Returns the maximum value in a list - uses recursive type bound
public static <T extends Comparable<T>> T max(List<T> list) {Iterator<T> i = list.iterator();T result = i.next();while (i.hasNext()) {T t = i.next();if (t.compareTo(result) > 0)result = t;}return result;
}

现在我们把它增强成用wildcard type，变成这样：

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list)

首先把list的类型改成“生产者”很好理解，因为list只返回一个Iterator<E>，而这个Iterator<E>的next方法的声明是“E next()”，E是返回类型。但为什么这里要把Comparable<T>改成Comparable<? super T>。首先看一下Comparable<T>的定义：

public interface Comparable<T>{int compareTo(T o)
}

看到了吗，T是输入参数，所以Comparable<T>的“实例”是个消费者。 比如如果你这么调用上面的那个方法：

List<Apple> apples = new...;
Apple maxApple = max(apples);

那么这里的Apple类并不一定要实现Comparable<Apple>，也可以只实现Comparable<Fruit>，当然Fruit是Apple的基类。假设Apple只知道怎么和Fruit比，然后当运行到方法体内“t.compareTo(result)”这句的时候，t是一个Apple，result也是一个Apple，但是t只知道怎么和另一个Fruit比，但是result是一个Apple当然也是一个Fruit，所以没问题。其实上面解释地这么麻烦，不如你只要记住“always use Comparable<? super T> in preference to Comparable<T>”就行了（Comparator也一样）。
最后记得还要把方法体中的Iterator<T>改成Iterator<? extends T>。

下面是两种等价的方法声明：

// Two possible declarations for the swap method
public static <E> void swap(List<E> list, int i, int j);
public static void swap(List<?> list, int i, int j);

作者说第二种更好，因为更简单，且不需要考虑type parameter。如果一个type parameter在方法声明中只出现了一次，那么就应该把它替换成unbounded wildcard或bounded wildcard。为什么必须是“只出现了一次”？书上没说但我个人理解是因为如果出现了两次：public static <E> void swap(List<E> list1，List<E> list2)，那么这里的list1包含的元素和list2包含的元素应该是相同的类型，如果你全都换成“？”，那么list1和list2完全可以包含不同的类型。
但是问题又来了，如果你单纯这么实现：

public static void swap(List<?> list, int i, int j) {list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
}

会发现不行，因为不能放东西到List<?>里去，解决办法是依靠“type capture”，写个helper方法：

public static void swap(List<?> list, int i, int j) {swapHelper(list, i, j);
}
// Private helper method for wildcard capture
private static <E> void swapHelper(List<E> list, int i, int j) {list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
}

虽然书上的解释有点莫名其妙，但我选择“信了”，感觉记住就行，只是个小技巧。我觉得可以这么理解：因为一个泛型方法被调用的时候肯定要指定泛型参数具体是什么，如果你不指定那就只能靠编译器推断，而在这里编译器就会“capture”到?代表的东西。

Item 29: Consider typesafe heterogeneous containers

这一小节就是告诉你怎么实现这么一个类，保存 你最喜欢的 某个类型的一个实例：

public class Favorites {private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<Class<?>, Object>();public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {if (type == null) throw new NullPointerException("Type is null");favorites.put(type, type.cast(instance));}public <T> T getFavorite(Class<T> type) {return type.cast(favorites.get(type));}
}

你可以用putFavorite来存一个“T类型的实例”，然后通过getFavorite来获取这个实例。
所以说这里的T和T类型的value是一一对应的，你可以放很多种不同的类型进去。你可以这样使用：

Favorites f = new Favorites();
f.putFavorite(String.class, "Java");
f.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
String favoriteString = f.getFavorite(String.class);
int favoriteInteger = f.getFavorite(Integer.class);

其实这里用Class<T>来作为“Key”是因为自JDK1.5来Class类就被泛型化了，比如String.class是Class<String>的类型、Integer.class是Class<Integer>的类型，当把这样一个“class literal”（应该就是指“String.class”这种写法）传给某个方法的时候，通常把它叫做type token。而你完全可以自己写一个类，比如Holder<T>来作为“Key”，但是不如Class好，因为Class有一些方法比如cast可以不用让你suppress warning（我个人认为的）。上面的type.cast方法其实就是Java’s cast operator对应的“动态版本”，它只是检查一下它的参数是不是被自己代表的类型，不是的话就抛出ClassCastException：

public class Class<T> {T cast(Object obj);
}

另外，说些没什么关联的事儿：如果你把Class<?>类型转换成，比如Class<? extends Apple>,会得到warning，那么你可以用asSubclass这个方法，比如假设你得到了一个Class<?>类型的变量apple，然后你可以apple.asSubclass(Apple.class)，意思就是“把Class<?>变成Class<Apple>”（反正你就这么理解吧），如果这个apple指向的对象并不是一个“Apple对象”的Class object，那就抛出异常。