美文网首页
Java泛型中extends和super的理解

Java泛型中extends和super的理解

作者: 今有所思 | 来源:发表于2016-10-25 09:28 被阅读408次

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

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

    • 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<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:

    • 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

    相关文章

      网友评论

          本文标题:Java泛型中extends和super的理解

          本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/oflruttx.html