如何使方法返回类型通用？

Question

考虑这个例子（OOP 书籍中的典型例子）：

我有一个Animal 班级，每个Animal 可以有很多朋友。
以及像Dog、Duck、Mouse 等添加特定行为的子类，如bark()、quack() 等。

这是Animal 类：

public class Animal {
    private Map<String,Animal> friends = new HashMap<>();

    public void addFriend(String name, Animal animal){
        friends.put(name,animal);
    }

    public Animal callFriend(String name){
        return friends.get(name);
    }
}

这里有一些带有大量类型转换的代码 sn-p：

Mouse jerry = new Mouse();
jerry.addFriend("spike", new Dog());
jerry.addFriend("quacker", new Duck());

((Dog) jerry.callFriend("spike")).bark();
((Duck) jerry.callFriend("quacker")).quack();

有什么方法可以使用泛型作为返回类型来摆脱类型转换，这样我就可以说

jerry.callFriend("spike").bark();
jerry.callFriend("quacker").quack();

这里有一些初始代码，其返回类型作为从未使用过的参数传递给方法。

public<T extends Animal> T callFriend(String name, T unusedTypeObj){
    return (T)friends.get(name);        
}

有没有办法在运行时使用instanceof 来计算返回类型而不需要额外的参数？或者至少通过传递该类型的类而不是虚拟实例。
我知道泛型用于编译时类型检查，但有解决方法吗？

Answer 1

你可以这样定义callFriend：

public <T extends Animal> T callFriend(String name, Class<T> type) {
    return type.cast(friends.get(name));
}

然后这样称呼它：

jerry.callFriend("spike", Dog.class).bark();
jerry.callFriend("quacker", Duck.class).quack();

此代码的好处是不会生成任何编译器警告。当然，这实际上只是从前通用时代开始的更新版本，并没有增加任何额外的安全性。

Answer 2

没有。编译器无法知道jerry.callFriend("spike") 会返回什么类型。此外，您的实现只是隐藏了方法中的强制转换，没有任何额外的类型安全。考虑一下：

jerry.addFriend("quaker", new Duck());
jerry.callFriend("quaker", /* unused */ new Dog()); // dies with illegal cast

在这种特定情况下，创建一个抽象的 talk() 方法并在子类中适当地覆盖它会更好地为您服务：

Mouse jerry = new Mouse();
jerry.addFriend("spike", new Dog());
jerry.addFriend("quacker", new Duck());

jerry.callFriend("spike").talk();
jerry.callFriend("quacker").talk();

Answer 3

你可以这样实现它：

@SuppressWarnings("unchecked")
public <T extends Animal> T callFriend(String name) {
    return (T)friends.get(name);
}

（是的，这是合法代码；请参阅Java Generics: Generic type defined as return type only。）

返回类型将从调用者推断。但是，请注意@SuppressWarnings 注释：它告诉您此代码不是类型安全的。你必须自己验证，否则你可以在运行时得到ClassCastExceptions。

不幸的是，您使用它的方式（没有将返回值分配给临时变量），让编译器满意的唯一方法是这样调用它：

jerry.<Dog>callFriend("spike").bark();

虽然这可能比强制转换好一点，但正如 David Schmitt 所说，您最好为 Animal 类提供一个抽象的 talk() 方法。

Answer 4

这个问题与 Effective Java 中的第 29 条 - “考虑类型安全的异构容器”非常相似。 Laz 的答案最接近 Bloch 的解决方案。但是，为了安全起见， put 和 get 都应该使用 Class 字面量。签名将变为：

public <T extends Animal> void addFriend(String name, Class<T> type, T animal);
public <T extends Animal> T callFriend(String name, Class<T> type);

在这两种方法中，您应该检查参数是否正常。有关详细信息，请参阅 Effective Java 和 Class javadoc。

Answer 5

这是更简单的版本：

public <T> T callFriend(String name) {
    return (T) friends.get(name); //Casting to T not needed in this case but its a good practice to do
}

完整的工作代码：

    public class Test {
        public static class Animal {
            private Map<String,Animal> friends = new HashMap<>();

            public void addFriend(String name, Animal animal){
                friends.put(name,animal);
            }

            public <T> T callFriend(String name){
                return (T) friends.get(name);
            }
        }

        public static class Dog extends Animal {

            public void bark() {
                System.out.println("i am dog");
            }
        }

        public static class Duck extends Animal {

            public void quack() {
                System.out.println("i am duck");
            }
        }

        public static void main(String [] args) {
            Animal animals = new Animal();
            animals.addFriend("dog", new Dog());
            animals.addFriend("duck", new Duck());

            Dog dog = animals.callFriend("dog");
            dog.bark();

            Duck duck = animals.callFriend("duck");
            duck.quack();

        }
    }

Answer 6

此外，您可以要求方法以这种方式返回给定类型的值

<T> T methodName(Class<T> var);

Oracle Java 文档中的更多示例here

Answer 7

正如你所说的通过一个类就可以了，你可以这样写：

public <T extends Animal> T callFriend(String name, Class<T> clazz) {
   return (T) friends.get(name);
}

然后像这样使用它：

jerry.callFriend("spike", Dog.class).bark();
jerry.callFriend("quacker", Duck.class).quack();

并不完美，但这与 Java 泛型差不多。有一种方法可以实现Typesafe Heterogenous Containers (THC) using Super Type Tokens，但这又存在问题。

Answer 8

基于与 Super Type Tokens 相同的想法，您可以创建一个类型化的 id 来代替字符串：

public abstract class TypedID<T extends Animal> {
  public final Type type;
  public final String id;

  protected TypedID(String id) {
    this.id = id;
    Type superclass = getClass().getGenericSuperclass();
    if (superclass instanceof Class) {
      throw new RuntimeException("Missing type parameter.");
    }
    this.type = ((ParameterizedType) superclass).getActualTypeArguments()[0];
  }
}

但我认为这可能会破坏目的，因为您现在需要为每个字符串创建新的 id 对象并保留它们（或使用正确的类型信息重建它们）。

Mouse jerry = new Mouse();
TypedID<Dog> spike = new TypedID<Dog>("spike") {};
TypedID<Duck> quacker = new TypedID<Duck>("quacker") {};

jerry.addFriend(spike, new Dog());
jerry.addFriend(quacker, new Duck());

但是您现在可以按照您最初想要的方式使用该类，而无需强制转换。

jerry.callFriend(spike).bark();
jerry.callFriend(quacker).quack();

这只是将类型参数隐藏在 id 中，尽管这确实意味着您可以稍后根据需要从标识符中检索类型。

如果您希望能够比较一个 id 的两个相同实例，您还需要实现 TypedID 的比较和散列方法。

Answer 9

“有没有办法在运行时不使用instanceof的额外参数来计算返回类型？”

作为替代解决方案，您可以像这样使用the Visitor pattern。将 Animal 抽象化并使其实现 Visitable：

abstract public class Animal implements Visitable {
  private Map<String,Animal> friends = new HashMap<String,Animal>();

  public void addFriend(String name, Animal animal){
      friends.put(name,animal);
  }

  public Animal callFriend(String name){
      return friends.get(name);
  }
}

Visitable 只是意味着 Animal 实现愿意接受访问者：

public interface Visitable {
    void accept(Visitor v);
}

访问者实现能够访问动物的所有子类：

public interface Visitor {
    void visit(Dog d);
    void visit(Duck d);
    void visit(Mouse m);
}

例如，Dog 实现将如下所示：

public class Dog extends Animal {
    public void bark() {}

    @Override
    public void accept(Visitor v) { v.visit(this); }
}

这里的技巧是，当 Dog 知道它是什么类型时，它可以通过传递“this”作为参数来触发访问者 v 的相关重载访问方法。其他子类会以完全相同的方式实现 accept()。

想要调用子类特定方法的类必须像这样实现访问者接口：

public class Example implements Visitor {

    public void main() {
        Mouse jerry = new Mouse();
        jerry.addFriend("spike", new Dog());
        jerry.addFriend("quacker", new Duck());

        // Used to be: ((Dog) jerry.callFriend("spike")).bark();
        jerry.callFriend("spike").accept(this);

        // Used to be: ((Duck) jerry.callFriend("quacker")).quack();
        jerry.callFriend("quacker").accept(this);
    }

    // This would fire on callFriend("spike").accept(this)
    @Override
    public void visit(Dog d) { d.bark(); }

    // This would fire on callFriend("quacker").accept(this)
    @Override
    public void visit(Duck d) { d.quack(); }

    @Override
    public void visit(Mouse m) { m.squeak(); }
}

我知道它的接口和方法比你预想的要多得多，但它是一种标准方法，可以通过精确的零实例检查和零类型转换来处理每个特定子类型。而且这一切都是以与标准语言无关的方式完成的，因此不仅适用于 Java，任何 OO 语言都应该同样工作。

Answer 10

不可能。仅给定一个 String 键， Map 应该如何知道它将获得 Animal 的哪个子类？

唯一可行的方法是，如果每个 Animal 只接受一种类型的朋友（那么它可能是 Animal 类的参数），或者 callFriend() 方法有一个类型参数。但看起来你确实错过了继承这一点：只有在只使用超类方法时，你才能统一对待子类。

Answer 11

我写了一篇文章，其中包含一个概念证明、支持类和一个测试类，它演示了您的类如何在运行时检索超级类型令牌。 简而言之，它允许您根据调用者传递的实际通用参数委托替代实现。示例：

• TimeSeries<Double> 委托给使用 double[] 的私有内部类
• TimeSeries<OHLC> 委托给使用 ArrayList<OHLC> 的私有内部类

见：

• Using TypeTokens to retrieve generic parameters（网络存档）
• Using TypeTokens to retrieve generic parameters（博客）

谢谢

理查德·戈麦斯 - Blog

Answer 12

这里有很多很好的答案，但这是我在 Appium 测试中采用的方法，其中对单个元素进行操作可能会导致根据用户设置进入不同的应用程序状态。虽然它不遵循 OP 示例的约定，但我希望它对某人有所帮助。

public <T extends MobilePage> T tapSignInButton(Class<T> type) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
    //signInButton.click();
    return type.getConstructor(AppiumDriver.class).newInstance(appiumDriver);
}

• MobilePage 是该类型扩展的超类，这意味着您可以使用它的任何子类（呵呵）
• type.getConstructor(Param.class, etc) 允许您与 类型的构造函数。这个构造函数在所有预期的类之间应该是相同的。
• newInstance 接受一个您想要传递给新对象构造函数的已声明变量

如果你不想抛出错误，你可以像这样捕获它们：

public <T extends MobilePage> T tapSignInButton(Class<T> type) {
    // signInButton.click();
    T returnValue = null;
    try {
       returnValue = type.getConstructor(AppiumDriver.class).newInstance(appiumDriver);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return returnValue;
}

Answer 13

并非如此，因为正如您所说，编译器只知道 callFriend() 返回的是 Animal，而不是 Dog 或 Duck。

你能不能向 Animal 添加一个抽象的 makeNoise() 方法，它会被它的子类实现为 bark 或 quack？

Answer 14

您在这里寻找的是抽象。更多针对接口的代码，您应该减少强制转换。

以下示例使用 C# 编写，但概念保持不变。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Reflection;

namespace GenericsTest
{
class MainClass
{
    public static void Main (string[] args)
    {
        _HasFriends jerry = new Mouse();
        jerry.AddFriend("spike", new Dog());
        jerry.AddFriend("quacker", new Duck());

        jerry.CallFriend<_Animal>("spike").Speak();
        jerry.CallFriend<_Animal>("quacker").Speak();
    }
}

interface _HasFriends
{
    void AddFriend(string name, _Animal animal);

    T CallFriend<T>(string name) where T : _Animal;
}

interface _Animal
{
    void Speak();
}

abstract class AnimalBase : _Animal, _HasFriends
{
    private Dictionary<string, _Animal> friends = new Dictionary<string, _Animal>();


    public abstract void Speak();

    public void AddFriend(string name, _Animal animal)
    {
        friends.Add(name, animal);
    }   

    public T CallFriend<T>(string name) where T : _Animal
    {
        return (T) friends[name];
    }
}

class Mouse : AnimalBase
{
    public override void Speak() { Squeek(); }

    private void Squeek()
    {
        Console.WriteLine ("Squeek! Squeek!");
    }
}

class Dog : AnimalBase
{
    public override void Speak() { Bark(); }

    private void Bark()
    {
        Console.WriteLine ("Woof!");
    }
}

class Duck : AnimalBase
{
    public override void Speak() { Quack(); }

    private void Quack()
    {
        Console.WriteLine ("Quack! Quack!");
    }
}
}

Answer 15

我在我的 lib kontraktor 中执行了以下操作：

public class Actor<SELF extends Actor> {
    public SELF self() { return (SELF)_self; }
}

子类化：

public class MyHttpAppSession extends Actor<MyHttpAppSession> {
   ...
}

至少这在当前类中以及在具有强类型引用时有效。多重继承有效，但随后变得非常棘手:)

Answer 16

我知道这是一个完全不同的人问的事情。解决这个问题的另一种方法是反射。我的意思是，这并没有从泛型中受益，但它可以让你以某种方式模拟你想要执行的行为（让狗叫，让鸭子嘎嘎等等），而不需要关心类型转换：

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

abstract class AnimalExample {
    private Map<String,Class<?>> friends = new HashMap<String,Class<?>>();
    private Map<String,Object> theFriends = new HashMap<String,Object>();

    public void addFriend(String name, Object friend){
        friends.put(name,friend.getClass());
        theFriends.put(name, friend);
    }

    public void makeMyFriendSpeak(String name){
        try {
            friends.get(name).getMethod("speak").invoke(theFriends.get(name));
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SecurityException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    } 

    public abstract void speak ();
};

class Dog extends Animal {
    public void speak () {
        System.out.println("woof!");
    }
}

class Duck extends Animal {
    public void speak () {
        System.out.println("quack!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void speak () {
        System.out.println("miauu!");
    }
}

public class AnimalExample {

    public static void main (String [] args) {

        Cat felix = new Cat ();
        felix.addFriend("Spike", new Dog());
        felix.addFriend("Donald", new Duck());
        felix.makeMyFriendSpeak("Spike");
        felix.makeMyFriendSpeak("Donald");

    }

}

Answer 17

由于问题是基于假设数据，这里是一个很好的例子，它返回了一个扩展 Comparable 接口的泛型。

public class MaximumTest {
    // find the max value using Comparable interface
    public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y, T z) {
        T max = x; // assume that x is initially the largest

        if (y.compareTo(max) > 0){
            max = y; // y is the large now
        }
        if (z.compareTo(max) > 0){
            max = z; // z is the large now
        }
        return max; // returns the maximum value
    }    


    //testing with an ordinary main method
    public static void main(String args[]) {
        System.out.printf("Maximum of %d, %d and %d is %d\n\n", 3, 4, 5, maximum(3, 4, 5));
        System.out.printf("Maximum of %.1f, %.1f and %.1f is %.1f\n\n", 6.6, 8.8, 7.7, maximum(6.6, 8.8, 7.7));
        System.out.printf("Maximum of %s, %s and %s is %s\n", "strawberry", "apple", "orange",
                maximum("strawberry", "apple", "orange"));
    }
}

Answer 18

还有另一种方法，您可以在重写方法时缩小返回类型。在每个子类中，您必须重写 callFriend 以返回该子类。代价是 callFriend 的多个声明，但您可以将公共部分隔离到内部调用的方法中。这对我来说似乎比上面提到的解决方案简单得多，并且不需要额外的参数来确定返回类型。

Answer 19

怎么样

public class Animal {
    private Map<String,<T extends Animal>> friends = new HashMap<String,<T extends Animal>>();

    public <T extends Animal> void addFriend(String name, T animal){
        friends.put(name,animal);
    }

    public <T extends Animal> T callFriend(String name){
        return friends.get(name);
    }
}