Java泛型食用笔记(四) -- 通配符

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1. 三种通配符

通配符为一个泛型类所指定的类型集合提供了一个有用的类型范围，Java 里有三种通配符：

• 无限定通配符， <?>
• 上界限定符， <? extends Number>
• 下界限定符， <? super Number>

上界限定符接受 extends 后面类的本身与其子类， 下界限定符接受 super 后面类的本身与其父类。无限定通配符接受任何类。

2. 无限定通配符

无限定通配符表示匹配任意类。ArrayList<?> 和 ArrayList，ArrayList<Object> 看上去功能有点类似，但实际却不一样。 ArrayList<?> 是任意 ArrayList<T> 的超类，而我们知道 ArrayList<Object> 并不是。ArrayList<?> 虽然可以匹配任何类，我们并不知道那个类的类型，但我们知道里面的所有元素都有相同的类。而原始类 ArrayList 可以添加任意不同类型的元素，编译器并不能进行类型判断，但运行的时候可能会抛出异常。ArrayList<Object> 明确的告诉我们可以添加任何类型的对象。

看一个无限定通配符例子

public class GenericTest07 {
    public static void printCollection(Collection<Object> col1) {
        for (Object obj : col1) {
            System.out.println(obj);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        printCollection(list);  // compile error
    }
}

由于 ArrayList<Integer> 不是 Collection<Object> 的子类，故编译不能通过。改用无限定通配符即可编译通过:

public class GenericTest07 {
    public static void printCollection(Collection<?> col1) {
        for (Object obj : col1) {
            System.out.println(obj);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        printCollection(list);  
    }
}

Collection<?> 是任意 T ArrayList<T> 的超类，可以编译通过。但是，在printCollection 方法中，却不能使用任何带有类型参数的方法，比如 add(T t), 而 remove(Object obj) contains(Object obj) 等方法都是可以调用的。

再看一个例子:

public class GenericTest08 {
    public static void reBox(Box<?> box) {
        System.out.println(box.put(box.get()));
    }
}

public interface Box<T> {
    public T get();
    public void put(T t);
}

这段代码初看应该是 work 的，然而事实可能要让你失望了，编译会提示类型不兼容的错误。事实上，你根本就不能在此处调用 box.put() 方法，因为box.put() 的形参类型是未知的，编译器不能检验你的实参类型是否与形参类型一致。

有没有办法实现这个逻辑的，我们需要借助一个辅助方法。

public class GenericTest08 {
    public static void reBox(Box<?> box) {
        reboxHelper(box);
    }

    private static <V> void reboxHelper(Box<V> box) {
        box.put(box.get());
    }
}

reboxHelper 方法帮助编译器保留一部分类型信息。

上界限定符

我们知道，和数组不一样，泛型并不是协变的。比如 Dog 是 Animal 的子类，那 Dog[] 也是 Animal[] 的子类，但 List<Dog> 并不是 List<Animal> 的子类。这个时候上界限定符的作用就体现出来了，写法是 List<? extends Animal>,可以解释为“可以放入任何 Animal 及其子类的列表”，之前讲到泛型编译后会抹除类型参数成 Object 类型，当你使用上界限定符后，就抹除成上界。

看代码

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> holder = new ArrayList<Integer>();
        holder.add(new Integer(1));

        // ArrayList<Number> numHolder = holder;  // 1. compile failed. ArrayList<Number> 不是 ArrayList<Integer> 的父类
        ArrayList<? extends Number> numHolder = holder; // 2. ok
        Number num = numHolder.get(0);  // 3. ok. return Number
        numHolder.contains(new Integer(2)); // 4. ok
        // numHolder.add(new Integer(2));  // 5. compile error
    }
}

1 处编译错误是因为泛型不是协变；Integer 是 Number 子类，故 2 处正确；3 处正确，正如上段所说，上界限定符抹除成上届，返回类型为 Number；4 处 ok，是因为 contains 方法接受的是 Object 类。5 处需要稍微注意，add 的形参类型也是 <? extends Number>，编译器只能知道类型是 Number 的子类，并不能确定具体类型是什么，因此无法验证类型的安全性。

下界限定符

下界限定符也称为超类通配符，写法是 List<? super Dog>, 列表可以接受 Dog 类型及其父类对象。
上一接的第 5 处，如果向往里添加元素，需要使用下界限定符。

public void writeTo(List<? super Integer> list) {
    list.add(new Integer(2));  // ok
}

<? super Integer> 说明类型参数一定是 Integer 的父类。因此向里添加 Integer 类或其子类的对象一定是安全的。

PECS 原则

根据上面的例子，我们看到，使用上界限定符定义的类，可以向外提供东西，也就是说作为 Producer。使用下界限定符定义的类，可以作为 Consumer 接收外部往自身添加东西。

总结起来就是， "Producer Extends, Consumer Super":

• "Producer Extends" - 如果你需要一个只读类型，用它来produce T，那么使用<? extends T>
• "Consumer Super" - 如果你需要一个只写类型，用它来consume T，那么使用<? super T>
• 如果需要同时读取以及写入，那么我们就不能使用通配符了

下面一个方法同时涉及了这两条规则。

public class Collections {
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        for (int i=0; i<src.size(); i++)
            dest.set(i, src.get(i));
    }
}