java泛型之通配符?
一、在说泛型通配符" ?" 之前先讲几个概念
1、里氏替换原则(Liskov Substitution Principle, LSP):
定义:所有引用基类(父类)的地方必须能透明地使用其子类的对象。
LSP包含以下四层含义:
子类必须实现父类的抽象方法,但不得重写(覆盖)父类的非抽象(已实现)方法。
子类中可以增加自己的方法。
当子类覆盖或实现父类的方法时,方法的前置条件(即方法的形参)要比父类方法的输入参数更宽松。
当子类的方法实现父类的抽象方法时,方法的后置条件(即方法的返回值)要比父类更严格。
因为继承带来的侵入性,增加了耦合性,也降低了代码的灵活性。父类修改了代码,子类可能也会受到影响,为了减少这些影响,我们就需要里氏替换原则,虽然不遵循里氏替换原则,程序照样可以运行,但是出错的几率会大大增加。
任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。里氏替换原则是继承复用的基石,只有当衍生类可以替换基类,软件单位的功能不受到影响时,即基类随便怎么改动子类都不受此影响,那么基类才能真正被复用。
2、逆变、协变和不可变:
定义:逆变与协变用来描述类型转换(type transformation)后的继承关系,其定义:如果A、B表示类型,f(⋅)表示类型转换,≤表示继承关系(比如,A≤B表示A是由B派生出来的子类);
当A≤B时,如果有f(A)≤f(B)成立,那么f(⋅)是协变(covariant)的;
当A≤B时,如果有f(B)≤f(A)成立,那么f(⋅)是逆变(contravariant)的;
当A≤B时上述两个式子均不成立,即f(A)与f(B)相互之间没有继承关系,那么f(⋅)是不变(invariant)的;
3、数组的协变与逆变:
1、基本类型数组不允许协变和逆变,无法通过编译。
2、引用类型数组允许协变和逆变,逆变时会检查实际类型,如果不符抛出java.lang.ClassCastException。
下面看代码:
//继承关系如下
class Fruit {}
class Orange extends Fruit {}
class Apple extends Fruit {}
class RedApple extends Apple {}
//数组的协变:Apple是Fruit的子类,Apple数组可以赋值给Fruit数组
Fruit[] fruits = new Apple[10];
fruits[0] = new Apple();
fruits[1] = new RedApple();
//下面两个会编译可以通过,但是在运行时会抛出java.lang.ArrayStoreException
//因为虽然定义了Fruit[],但实际上指向的是Apple[]
fruits[2] = new Fruit();
fruits[3] = new Orange();
//数组的逆变:编译时可以通过,但是运行时会抛出java.lang.ClassCastException
Apple[] apples = (Apple[]) new Fruit[10];
java中数组的协变是个坑,需要注意一下,因为在编译期它允许放入Fruit和Orange等非法类型,但是在运行时还是会出现类型错误。
4、先来说一下泛型的不可变:
List fruitList = new ArrayList();//报错
上面的代码编译期会直接报错,类比数组,泛型将这种类型检查移到了编译期,所以说泛型是不可变的,但有时我们需要泛型可以协变和逆变,那么该怎么办呢?
解决的办法就是下面要讲的<? extends T>(协变)和<? super T>(逆变),也就是平常说的泛型的上界和下界。
5、泛型的 PECS (Producer Extends Consumer Super)原则:
生产者(Producer)使用extends,消费者(Consumer)使用super。
经常往外读取内容的,适用于上界Extends
经常往里插入的,适用于下界Super
二、泛型<? extends T>上界与<? super T> 下界
表示参数化类型的上界,表示参数化类型可能是T 或是T 的子类;
表示参数化类型下界(Java Core中叫超类型限定),表示参数化类型是T或T 的超类型(父类型),直至Object;
先来讲一下参数化类型和通配符的区别:
(1)参数化类型T,它指代的是同一个类型,比如下面的三个T都指代用一个类型,要么是String,要么是其他的,但这三个T都必须是同一个类型。
public List fill(T... t );
(2)而通配符没有这种约束,List单纯的表示,集合里放了一个东西,是什么我不知道。
1、<? extends T>上界:
List<? extends T> list = new ArrayList<可以是T或是T的子类>();
实现了泛型的协变。当A≤B时,有f(A)≤f(B)成立。看下面代码:
List fruitExtends = new ArrayList<>();
List fruits = new ArrayList<>();
List apples = new ArrayList<>();
fruits = apples; //这个是报错的
fruitExtends = apples; //List使其实现了协变,不报错
上面代码可以看出,可以把Fruit及其子类的ArrayList赋值给List fruits。实现了泛型的协变。
在PECS原则中,extends代表生产者,特点是:不能往里存,只能往外取。
List fruits = new ArrayList<>();
fruits.add(new Apple());//报错
fruits.add(new RedApple());//报错
fruits.add(null);//不报错,虽然不知道fruits所持有的具体元素,但null代表任何类型
(1)不能往里存的原因,如上代码表示list里的元素只能是Fruit或Fruit的子类,因为无法确定List所持有的具体的类型是什么,只知道里面是任何一个继承了Fruit 的子类,所以无法向其中添加元素。编译器在看到apples的赋值,但是List并没有标明其中就是Apple,而是用上了一个占位符capture#1来表示捕获了一个Fruit或Fruit的子类,其实它并不知道是什么,你的插入都和capture#1不匹配。如果可以往里存,那么对于fruits来说,你可以往里放一个Apple,也可以放一个Orange,但这显然是不对的。
需要注意的是:可以添加null,因为null可以表示任何类型。
fruit.add(null);
(2)只能往外取的原因,指定了T为所有元素的“根”,所以可以用T来使用容器里的元素。也就是说不管是什么子类,不管追溯多少辈,肯定有个父类T,所以,对于get方法,我们可以用最大的父类T来接着,也就是把所有的子类向上转型为T。
2、下界:
List list = new ArrayList<可以是T或是T的父类>();
实现了泛型的逆变。当A≤B时,有f(B)≤f(A)成立。看下面代码:
List appleSuper = new ArrayList<>();
List fruits = new ArrayList<>();
List apples = new ArrayList<>();
apples = fruits; //这个是报错的
appleSuper = fruits; //List使其实现了逆变,不报错
上面的代码可以看出,可以把Apple的父类赋值给List appleSuper。实现了泛型的逆变。
在PECS原则中,super代表消费者,特点是:只能往里存,不能往外取。
(1)不能往外取的原因,和extends一样,list里存的只能是T或T的父类,因为无法确定具体的类型是什么,所以往外取时并不知道取出来的是什么,所以无法从list中取元素。
需要注意的是:因为所以的对象都有个必然的父类Object,所以可以读取到Object对象。和extends的null一样。
Object obj = list.get(n);
appleSuper.add(new Apple());
appleSuper.add(new RedApple());
appleSuper.add(new Fruit()); //报错
(2)只能往里存的原因,指明了集合中存放的只能是T或T的父类,所以我们可以把fruits赋值给appleSuper,往里面添加元素时,上面的代码可以看出,往集合里添加Apple或Apple的子类时是可以的,但是存Apple的父类时就会报错。
这里可能会有一个疑问,集合中存放的是Apple或Apple的父类,我们将其父类添加进去的时候为什么会报错呢?
虽然这是一个Apple或Apple的父类的容器,但是具体的是什么类型并不知道,而往里存Apple的父类时,可能往里存的是一个Friut或是一个和Fruit无关的接口,那么就出现了两个不想关的对象。往里添加Apple或Apple的子类时,不关这个子类是什么,它都有一个共同的父,所以是可以的。
三、泛型通配符该什么时候使用?
在Effective Jave一书中总结:为了获得最大限度的灵活性,要在表示生产者或者消费者的输入参数上使用通配符类型。如果每个输入参数既是生产者,又是消费者,那么通配符类型对你就没有什么好处了:因为你需要的是严格的类型比配,这是不用任何通配符而得到的。
简单来说就是PECS原则。
一个经典的例子是java.uitl.Collections中的copy()方法:
public static void copy(List dest, List src) {
int srcSize = src.size();
if (srcSize > dest.size())
throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");
if (srcSize < COPY_THRESHOLD ||
(src instanceof RandomAccess && dest instanceof RandomAccess)) {
for (int i=0; i di=dest.listIterator();
ListIterator si=src.listIterator();
for (int i=0; i
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