Java泛型中extends和super的理解

2016-10-25  本文已影响408人  今有所思

<? extends T>和<? extends > 是Java泛型中的“通配符（Wildcards）”和“边界（Bounds）”的概念。

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;
    }
}

现在我们可以定义一个“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。

Type mismatch: cannot convert from Plate<Apple> to Plate<Fruit>

实际上，编译器认定的逻辑是这样的：

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<Apple>的引用传递给Plate<Fruit>。

为了让泛型用起来更舒服，于是就有了<? extends T>和< super T>的办法，来让“水果盘子”和“苹果盘子”有联系。

2 什么是上界

下面代码就是“上界通配符”：

Plate<? extends Fruit>

意思是：一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子。这和我们人类的逻辑就比较接近了。Plate<? extends Fruit>和Plate<Apple>最大的区别就是：Plate<? extends Fruit>是Plate<Fruit>以及Plate<Apple>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。

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，水果还有苹果和香蕉，肉类有猪肉和牛肉，苹果还有两种青苹果和红苹果。

在这个继承体系中，下界通配符Plate<? extends Fruit> 覆盖下图中蓝色的区域。

继承体系图

3. 什么是下界

相应的，“下界通配符”：

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


继承体系图

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

<? 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 other1 = p.get();
Object other2 = p.get();
Apple other3 = 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<Apple>赋值以后，盘子里没有被标上“苹果”。而是标上一个占位符：CAP#1，来表示捕获一个Fruit或Fruit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<T>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 <T> List<T> 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。

所以Plate<？ extends Fruit>里什么都放不进去。

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

Plate<? super Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());
//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
Fruit other1 = p.get();//Error
Apple other2 = p.get();//Error
Object other3 = p.get();

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。

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

1) T<? super B>

对于这个泛型，?代表容器里的元素类型，由于只规定了元素必须是B的超类，导致元素没有明确统一的“根”（除了Object这个必然的根），所以这个泛型你其实无法使用它，对吧，除了把元素强制转成Object。所以，对把参数写成这样形态的函数，你函数体内，只能对这个泛型做插入操作，而无法读

2) T<? extends B>

由于指定了B为所有元素的“根”，你任何时候都可以安全的用B来使用容器里的元素，但是插入有问题，由于供奉B为祖先的子树有很多，不同子树并不兼容，由于实参可能来自于任何一颗子树，所以你的插入很可能破坏函数实参，所以，对这种写法的形参，禁止做插入操作，只做读取

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

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