137. Java 泛型 - 泛型与通配符：子类型化关系

在 Java 中，泛型类和接口并不像普通类那样直接遵循继承规则。为了解决这个问题，我们可以使用通配符 (? extends T 和 ? super T) 来创建泛型类或接口之间的关系。本篇将详细解释如何使用通配符建立泛型类型之间的子类型关系，并通过示例帮助您理解。

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1. 常规类的继承与泛型类型的关系

在普通类中，继承遵循子类型规则，即如果类 B 扩展类 A，则 B 是 A 的子类型。您可以这样编写代码：

class A { /* ... */ }
class B extends A { /* ... */ }

B b = new B(); 
A a = b; // 合法，因为 B 是 A 的子类

🔍 子类型规则：

• B 是 A 的子类型，您可以将 B 类型的对象赋给 A 类型的变量。

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2. 泛型类型与子类型化

与常规类不同，泛型类型之间并不直接遵循子类型化规则。这意味着，即使 Integer 是 Number 的子类，List<Integer> 也不是 List<Number> 的子类型，实际上这两者之间没有任何继承关系。

❌ 错误示例：

List<B> lb = new ArrayList<>();
List<A> la = lb;   // 编译错误：List<B] 不是 List<A> 的子类型

即使 B 是 A 的子类，List<B> 并不等于 List<A>，这会导致编译错误。

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3. 使用通配符解决泛型之间的子类型关系

为了建立泛型类型之间的关系，可以使用上限通配符 (? extends T) 来让 Java 编译器理解某个泛型类型是另一个泛型类型的子类型。

✅ 示例：List<Integer> 和 List<Number> 之间的关系

Integer 是 Number 的子类型，但是 List<Integer> 不是 List<Number> 的子类型。这是因为 泛型类型的子类型化并不自动传递。我们可以通过上限通配符来为 List<Integer> 和 List<Number> 之间建立关系。

List<? extends Integer> intList = new ArrayList<>();
// 这是合法的，因为 List<? extends Integer> 是 List<? extends Number> 的子类型
List<? extends Number> numList = intList;

🔍 解析：

• intList 是 List<? extends Integer>，它表示存储了 Integer 或其子类的列表。
• numList 是 List<? extends Number>，它表示存储了 Number 或其子类的列表。
• 由于 Integer 是 Number 的子类，所以 List<? extends Integer> 也可以看作 List<? extends Number> 的子类型。这样，我们就可以建立起 intList 和 numList 之间的关系。

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4. 上限通配符与下限通配符的关系

上限通配符（? extends T）

• 用途：用来指定类型范围，表示元素的类型是 T 或 T 的子类型。
• 适用场景：适用于读取元素（数据消费）场景，您只能读取 T 类型的数据，不能插入（除了 null）。

下限通配符（? super T）

• 用途：用来指定类型范围，表示元素的类型是 T 或 T 的超类型。
• 适用场景：适用于写入元素（数据生产）场景，您可以将 T 类型的数据插入列表中，但只能作为 Object 类型读取元素。

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5. 使用通配符创建泛型类型之间的关系

通过通配符，我们可以创建泛型类型之间的关系，使得代码更加灵活。以下是一些关键的泛型类型关系：

• List<? extends Number> 可以由 List<Integer>、List<Double> 等列表来填充，因为它们都是 Number 的子类。
• List<? super Integer> 可以由 List<Integer>、List<Number>、List<Object> 来填充，因为 Integer 是这些类型的父类。

List<? extends Number> numList = new ArrayList<Integer>(); // 合法，因为 Integer 是 Number 的子类
List<? super Integer> objList = new ArrayList<Number>();  // 合法，因为 Integer 是 Number 的子类

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6. 总结

通配符与泛型子类型化的要点：

• 普通类的继承：遵循子类型规则，如果 B 扩展 A，则 B 是 A 的子类型。
• 泛型类的继承：泛型类型之间没有直接的继承关系，List<B> 并不是 List<A> 的子类型。
• 使用通配符（? extends T 和 ? super T）：
  • ? extends T：表示“某个类型 T 或 T 的子类型”，适用于数据读取（消费数据）。
  • ? super T：表示“某个类型 T 或 T 的超类型”，适用于数据写入（生产数据）。

通配符的实际应用：

• 建立泛型类型之间的关系，让代码更加灵活。
• 使用通配符来处理不同类型的泛型数据，实现更广泛的类型兼容性。

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7. 小贴士：通配符的使用场景

• ? extends T：适用于 读取数据 时需要限制元素类型范围的情况，数据消费者。
• ? super T：适用于 写入数据 时需要限制元素类型范围的情况，数据生产者。

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🎯 记住：

• 泛型类型之间并没有直接的继承关系，但通配符可以帮助建立这些关系，使得代码更灵活。