泛型(Generic) ＜? extends T＞，＜? super T＞

梦里梦外; 2024-03-22 17:12 78阅读 0赞

## **通配符边界引入背景** ##

使用泛型的过程中，经常出现一种很别扭的情况。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`”.

class Plate<T> {
        
        private T item;
    
        public Plate(T t) {
        
            item = t;
        }
    
        public void set(T t) {
        
            item = t;
        }
    
        public T get() {
        
            return item;
        }
    }

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">代码</th> 
   <th align="left">我们想要表达的意思</th> 
   <th align="left">实际效果</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>Plate&lt;Apple&gt; p2 = new Plate&lt;Apple&gt; (new Apple());</code></td> 
   <td align="left">定义一个"<code>苹果盘子</code>" 装 <code>苹果</code></td> 
   <td align="left">√</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>Plate&lt;Fruit&gt; p = new Plate&lt;Apple&gt; (new Apple());</code></td> 
   <td align="left">定义一个"<code>水果盘子</code>"，逻辑上水果盘子当然可以装<code>苹果</code>。</td> 
   <td align="left"><code>error: incompatible types: Plate&lt;Apple&gt; cannot be converted to Plate&lt;Fruit&gt;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

实际上，`编译器`脑袋里认定的逻辑是这样的：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>认可关系</th> 
   <th><strong>不认可关系</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>苹果 <code>IS-A</code> 水果</td> 
   <td>装苹果的盘子 <code>NOT-IS-A</code> 装水果的盘子</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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>`。

为了解决这种情况，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。

--------------------

### `<? extends T>` ###

`上界通配符（Upper Bounds Wildcards）` ☞ **包括`T`在内的任何`T`的子类**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left"><code>Plate&lt;Apple&gt;</code></th> 
   <th align="left"><code>Plate&lt;？extends Fruit&gt;</code></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">一个能放<code>苹果</code>的盘子</td> 
   <td align="left">一个能放<code>任意水果</code>的盘子</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>Plate&lt;？extends Fruit&gt; p = new Plate&lt;Apple&gt;(new Apple());</code><br>可以用“<code>苹果盘子</code>”给“<code>水果盘子</code>”赋值了</td> 
   <td align="left"><code>Plate&lt;？extends Fruit&gt;</code>是<code>Plate&lt;Fruit&gt;</code>以及<code>Plate&lt;Apple&gt;</code>的基类</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

--------------------

### `<? super T>` ###

`下界通配符（Lower Bounds Wildcards）` ☞ 包括`T`在内的任何`T`的父类

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left"><code>Plate&lt;Fruit&gt;</code></th> 
   <th align="left"><code>Plate&lt;？super Fruit&gt;</code></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">一个能放<code>水果</code>以及<code>一切水果基类</code>的盘子</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>Plate&lt;？super Fruit&gt;</code>是<code>Plate&lt;Fruit&gt;</code>的基类，但不是<code>Plate&lt;Apple&gt;</code>的基类</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

--------------------

### 练习 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">level1</th> 
   <th align="left">level2</th> 
   <th align="left">level3</th> 
   <th align="left">level4</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>class Food{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class Fruit extends Food{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class Apple extends Fruit{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class RedApple extends Apple{}</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>class GreenApple extends Apple{}</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>class Banana extends Fruit{}</code></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>class Meat extends Food{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class Pork extends Meat{}</code></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>class Beef extends Meat{}</code></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

`Plate<？extends Fruit>` 覆盖区域

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">level2</th> 
   <th align="left">level3</th> 
   <th align="left">level4</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>class Fruit extends Food{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class Apple extends Fruit{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class RedApple extends Apple{}</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>class GreenApple extends Apple{}</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left"><code>class Banana extends Fruit{}</code></td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

`Plate<？super Fruit>`覆盖范围

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">level1</th> 
   <th align="left">level2</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>class Food{}</code></td> 
   <td align="left"><code>class Fruit extends Food{}</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

--------------------

## 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。这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的`部分功能失效`。  
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。

### 上界`<? extends T>`只能往外取，不能往里存 ☞ get原则 ###

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
    
    
    Fruit newFruit1 = p.get();    //读取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里
    Object newFruit2 = p.get();
    
    Apple newFruit3 = p.get();    //Error

**原因：**  
编译后编译器会标上一个占位符：*`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。

取值时，所有元素都是`Fruit`子类，故可以取出。

### 下界`<? super Fruit>`只能往里存，不能往外取 ☞ put原则 ###

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());
    
    //存入元素正常
    p.set(new Fruit());
    p.set(new Apple());
    
    Object newFruit2=p.get();   //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

**原因：**  
定义的元素是`Fruit`及其`父类`，所以往里存 `Fruit`及其`子类` 是可以。  
往外读取元素时，无法确定改用哪个类去接收元素，故只有 `Object对象` 才能装下。但这样的话，元素的类型信息就全部丢失，取出的值毫无意义。