JavaSE 详细了解泛型中的边界问题

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-05-31 07:43 188阅读 0赞

# **< ? extends T>和< ? super T>** #

< ? extends T>和< ? super T>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）”< ? super T>：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。比如按照题主的例子，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，“装苹果的盘子”无法转换成“装水果的盘子”。

error: incompatible types: Plate<Apple> cannot be converted to Plate<Fruit>

为了让泛型用起来更舒服，Sun的大脑袋们就想出了< ? extends T>和< ? super T>的办法，来让”水果盘子“和”苹果盘子“之间发生关系。

# **2. 什么是上界？** #

下面代码就是“上界通配符（Upper Bounds Wildcards）”：

Plate< ？ extends Fruit>

翻译成人话就是：一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子。再直白点就是：啥水果都能放的盘子。这和我们人类的逻辑就比较接近了。  
Plate< ？ extends Fruit>和Plate最大的区别就是：Plate< ？ extends Fruit>是Plate以及Plate的基类。直接的好处就是，我们可以用“苹果盘子”给“水果盘子”赋值了。

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。

//Lev 1
    class Food{ }
    
    //Lev 2
    class Fruit extends Food{ }
    class Meat extends Food{ }
    
    //Lev 3
    class Apple extends Fruit{ }
    class Banana extends Fruit{ }
    class Pork extends Meat{ }
    class Beef extends Meat{ }
    
    //Lev 4
    class RedApple extends Apple{ }
    class GreenApple extends Apple{ }

在这个体系中，上界通配符 “Plate<？ extends Fruit>” 覆盖下图中蓝色的区域。  
![这里写图片描述][70]  
所有以Fruit为基类的类都能转化。

# **3. 什么是下界？** #

相对应的，“下界通配符（Lower Bounds Wildcards）”：

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父类的盘子。Plate< ？ super Fruit>是Plate的基类，但不是Plate的基类。对应刚才那个例子，Plate<？ super Fruit>覆盖下图中红色的区域。  
![这里写图片描述][70 1]

# **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(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 newFruit1=p.get();
    Object newFruit2=p.get();
    Apple newFruit3=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赋值以后，盘子里没有被标上有“苹果”。而是标上一个占位符：CAP\#1，来表示捕获一个Fruit或Fruit的子类，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。**

**4.2 下界< ? super T>不影响往里存，但往外取只能放在Object对象里**  
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。Plate< ? super Fruit> p=new Plate(new Fruit());

//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。
    Apple newFruit3=p.get();    //Error
    Fruit newFruit1=p.get();    //Error
    Object newFruit2=p.get();

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**  
PECS(Producer Extends Consumer Super)  
1.频繁往外读取内容的，适合用上界Extens  
2.经常往里插入的，适合用下界Super

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# **类型参数“< T>”和无界通配符“< ?>”** #

讨论“< T>”和”< ?>”，首先要区分开两种不同的场景：

> 第一，声明一个泛型类或泛型方法。  
> 第二，使用泛型类或泛型方法

类型参数“< T>”主要用于第一种，声明泛型类或泛型方法。 无界通配符“< ?>”主要用于第二种，使用泛型类或泛型方法。

**1. 声明泛型类的类型参数**  
List< T>最应该出现的地方，应该是定义一个泛型List容器。但List是库里自带的容器。

举一个简单的例子，我们自己定义一个新泛型容器叫Box< T>。

class Box<T>{
        private T item1;
        private T item2;
    }

为什么这里要用类型参数？因为这是一种”约束“，为了保证Box里的item1, item2都是同一个类型T。Box，代表两个item都是String。Box里两个item都是Integer。

**2.声明泛型类不能用无界通配符< ?>**  
反观List< ?>，首先要明确通配符不能拿来声明泛型。像下面这样用通配符”?”来表示类型参数的约束是肯定不行的。

//error example
    class Box<?>{
        private ? item1;
        private ? item2;
    }

通配符是拿来使用定义好的泛型的。比如用

List<?> list = new ArrayList<String>();

4.< ?>的各种坑  
**但是这个List< ?>的写法很坑**。因为，这时候通配符会捕获具体的String类型，但是编译器不叫它String，而是起一个临时代号比如“CAP\#1”.所以以后不能往list中存任何元素，包括String。 唯一能存的只有Null

List<?> list = new ArrayList<String>();
    list.add("hello");    //ERROR
    list.add(111);    //ERROR
    //argument mismatch; String cannot be converted to CAP#1
    //argument mismatch; int cannot be converted to CAP#1

[70]: /images/20220531/b3091d1545884d44a5aecf898efb74d9.png
[70 1]: /images/20220531/db60e74852aa47f6b034939c7595b512.png