一篇讲的比较清楚的关于泛型通配符和边界的文章(转载)

<? extends T>:是指 “上界通配符(Upper Bounds Wildcards)”

<? super T> :是指 “下界通配符(Lower Bounds Wildcards)”

1. 为什么要用通配符和边界?

使用泛型的过程中,经常出现一种很别扭的情况。比如按照题主的例子,我们有Fruit类,和它的派生类Apple类。

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}

然后有一个最简单的容器:Plate类。盘子里可以放一个泛型的“东西”。我们可以对这个东西做最简单的“放”和“取”的动作:set 和 get 方法。

class Plate<T>{
    
    private T item;
    
    public Plate(T t){
        item=t;
    }
    public void set(T t){
        item=t;
    }
    public T get(){
        return item;
    }
}

现在我定义一个 “水果盘子”逻辑上水果盘子当然可以装苹果

Plate<Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());

但实际上Java编译器不允许这个操作。会报错,“装苹果的盘子”无法转换成“装水果的盘子”。

**error: incompatible types: Plate cannot be converted to Plate**

所以我的尴尬症就犯了。实际上,编译器脑袋里认定的逻辑是这样的:

苹果 IS-A 水果
装苹果的盘子 NOT-IS-A 装水果的盘子
所以,就算容器里装的东西之间有继承关系,但容器之间是没有继承关系的。所以我们不可以把Plate的引用传递给Plate

为了让泛型用起来更舒服,Sun的大脑袋们就想出了<? extends T>和<? super T>的办法,来让”水果盘子“和”苹果盘子“之间发生关系。

2. 什么是上界?

下面代码就是“上界通配符(Upper Bounds Wildcards)”:

Plate<? extends Fruit>

翻译成人话就是:一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子。

再直白点就是:啥水果都能放的盘子。这和我们人类的逻辑就比较接近了。

Plate<? extends Fruit>和Plate 最大的区别就是:

Plate<? extends Fruit> 是 Plate 以及 Plate的 基类。

直接的好处就是,我们可以用“苹果盘子”给“水果盘子”赋值了。

Plate<? extends Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());

如果把Fruit和Apple的例子再扩展一下,食物分成水果和肉类,水果有苹果和香蕉,肉类有猪肉和牛肉,苹果还有两种青苹果和红苹果。

//Lev 1
class Food{}

//Lev 2
class Fruit extends Food{}
class Meat extends Food{}

//Lev 3
class Apple extends Fruit{}
class Banana extends Fruit{}
class Pork extends Meat{}
class Beef extends Meat{}

//Lev 4
class RedApple extends Apple{}
class GreenApple extends Apple{}

在这个体系中,上界通配符 “Plate<? extends Fruit>” 覆盖下图中蓝色的区域。

image

3. 什么是下界?

相对应的,“下界通配符(Lower Bounds Wildcards)”:

Plate<? super Fruit>

表达的就是相反的概念:一个能放水果以及一切是水果基类的盘子。

Plate<? super Fruit> 是 Plate的基类

**但不是Plate的基类**。

对应刚才那个例子,Plate<? super Fruit>覆盖下图中红色的区域。

image

4. 上下界通配符的副作用

边界让Java不同泛型之间的转换更容易了。但不要忘记,这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。

还是以刚才的Plate为例。我们可以对盘子做两件事,往盘子里 set 新东西,以及从盘子里 get 东西。

class Plate<T>{
    private T item;
    public Plate(T t){
        item=t;
    }
    public void set(T t){
        item=t;
    }
    public T get(){
        return item;
    }
}

4.1 上界<? extends T>不能往里存,只能往外取

上边界 <? extends Fruit> 会使往盘子里放东西的 set 方法失效。但取东西 get 方法还有效。比如下面例子里两个set()方法,插入Apple和Fruit都报错。

Plate<? extends Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

//不能存入任何元素
p.set(new Fruit());    //Error
p.set(new Apple());    //Error

//读取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里。
Fruit newFruit1  = p.get();
Object newFruit2 = p.get();
Apple newFruit3  = p.get();    //Error

原因是编译器只知道容器内是Fruit或者它的派生类,但具体是什么类型不知道。可能是Fruit?可能是Apple?

也可能是Banana,RedApple,GreenApple?编译器在看到后面用Plate赋值以后,盘子里没有被标上有“苹果”。

而是标上一个占位符:CAP#1,来表示捕获一个Fruit或Fruit的子类,具体是什么类不知道,代号CAP#1。

然后无论是想往里插入Apple或者Meat或者Fruit编译器都不知道能不能和这个CAP#1匹配,所以就都不允许。

所以通配符<?>和类型参数的区别就在于,对编译器来说所有的T都代表同一种类型。比如下面这个泛型方法里,三个T都指代同一个类型,要么都是String,要么都是Integer。

public List fill(T... t);

但通配符<?>没有这种约束,Plate<?>单纯的就表示:盘子里放了一个东西,是什么我不知道。

4.2 下界<? super T>不影响往里存,但往外取只能放在Object对象里

使用下界<? super Fruit>会使从盘子里取东西的 get 方法部分失效,只能存放到Object对象里。set 方法正常。

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());

//存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());

//读取出来的东西只能存放在Object类里。
Apple newFruit3  = p.get();    //Error
Fruit newFruit1  = p.get();    //Error
Object newFruit2 = p.get();

因为下界规定了元素的最小粒度的下限,实际上是放松了容器元素的类型控制。既然元素是Fruit的基类,那往里存粒度比Fruit小的都可以。

但往外读取元素就费劲了,只有所有类的基类Object对象才能装下。但这样的话,元素的类型信息就全部丢失。

5. PECS原则

最后看一下什么是PECS(Producer Extends Consumer Super)原则,已经很好理解了:

频繁往外读取内容的,适合用上界Extends。

经常往里插入的,适合用下界Super。

6. 其他

is-a:
是a:A Is B:A是B(继承关系,继承)。

has-a:
有a:A has B:A有B(从属关系,聚合)。

like-a:
像a:A like B:A像B(组合关系,接口)。

关于Is-a、has-a、like-a的使用场景:
如果A,B是Is-a关系,那么应该使用继承,例:玻璃杯、塑料杯都是杯子。

如果A,B是has-a关系,那么应该是用聚合,例:汽车由发动机,底盘,车身,电气设备等组成,那么应该把发动机,底盘这些类聚合成汽车。

如果A,B是like-a关系,那么应该使用组合,例:空调继承于制冷机,但它同时有加热功能,那么你应该把让空调继承制冷机类,并实现加热接口。


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