Java泛型解惑上界通配符和下界通配符

<? 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 爲什麼要用通配符和邊界?

使用泛型的過程中,經常出現一種很彆扭的情況
比如我們有Fruit類,和它的派生類Apple

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}

然後有一個最簡單的容器:Plate
盤子裏可以放一個泛型的“東西
我們可以對這個東西做最簡單的“”和“”的動作:*set( )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;}
}

現定義一個“水果盤”,邏輯上水果盤當然可以裝蘋果

Plate<Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

但實際上Java編譯器不允許這個操作。會報錯,“裝蘋果的盤子”無法轉換成“裝水果的盤子”。

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

實際上,編譯器認定的邏輯是這樣的:

  • 蘋果 IS-A 水果
  • 裝蘋果的盤子 NOT-IS-A 裝水果的盤子

所以,就算容器裏裝的東西之間有繼承關係,但容器之間是沒有繼承關係
所以我們不可以把Plate的引用傳遞給Plate

爲了讓泛型用起來更舒服,Sun的大師們就想出了<? extends T>和<? super T>的辦法,來讓”水果盤子“和”蘋果盤子“之間發生正當關係

2 上界

下面就是上界通配符(Upper Bounds Wildcards)

Plate<? extends Fruit>

一個能放水果以及一切是水果派生類的盤子
再直白點就是:啥水果都能放的盤子
這和我們人類的邏輯就比較接近了
Plate<? extends Fruit>和Plate最大的區別就是:Plate<? extends Fruit>是Plate及Plate的基類
直接的好處就是,我們可以用“蘋果盤”給“水果盤”賦值了

Plate<? extends Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

再擴展一下,食物分成水果和肉類,水果有蘋果和香蕉,肉類有豬肉和牛肉,蘋果還有兩種青蘋果和紅蘋果

//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{}

在這個體系中,上界通配符Plate<? extends Fruit>覆蓋下圖中藍色的區域

3 下界

相對應的下界通配符(Lower Bounds Wildcards)

Plate<? super Fruit>

表達的就是相反的概念:一個能放水果以及一切是水果基類的盤子
Plate<? super Fruit>是Plate的基類,但不是Plate的基類
對應剛纔那個例子,Plate<? super Fruit>覆蓋下圖中紅色的區域。

4 上下界通配符的副作用

邊界讓Java不同泛型之間的轉換更容易了。但不要忘記,這樣的轉換也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。

還是以剛纔的Plate爲例。我們可以對盤子做兩件事,往盤子裏set( )新東西,以及從盤子裏get( )東西

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>不能往裏存,只能往外取

<? extends Fruit>會使往盤子裏放東西的set( )方法失效
但取東西get( )方法還有效

比如下面例子裏兩個set()方法,插入Apple和Fruit都報錯

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

//讀取出來的東西只能存放在Fruit或它的基類裏。
Fruit newFruit1=p.get();
Object newFruit2=p.get();
Apple newFruit3=p.get();    //Error

編譯器只知道容器內是Fruit或者它的派生類,但具體是什麼類型不知道
可能是Fruit?可能是Apple?也可能是Banana,RedApple,GreenApple?編譯器在看到後面用Plate賦值以後,盤子裏沒有被標上有“蘋果”。而是標上一個佔位符:capture#1,來表示捕獲一個Fruit或Fruit的子類,具體是什麼類不知道,代號capture#1
然後無論是想往裏插入Apple或者Meat或者Fruit編譯器都不知道能不能和這個capture#1匹配,所以就都不允許

所以通配符<?>和類型參數的區別就在於,對編譯器來說所有的T都代表同一種類型
比如下面這個泛型方法裏,三個T都指代同一個類型,要麼都是String,要麼都是Integer…

public <T> List<T> fill(T... t);

但通配符<?>沒有這種約束,Plate<?>單純的就表示:盤子裏放了一個東西,是什麼我不知道

4.2 下界<? super T>不影響往裏存,但往外取只能放在Object對象裏

使用下界<? super Fruit>會使從盤子裏取東西的get( )方法部分失效,只能存放到Object對象裏。set( )方法正常。

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());

//存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());

//讀取出來的東西只能存放在Object類裏。
Apple newFruit3=p.get();    //Error
Fruit newFruit1=p.get();    //Error
Object newFruit2=p.get();

因爲下界規定了元素的最小粒度的下限,實際上是放鬆了容器元素的類型控制
既然元素是Fruit的基類,那往裏存粒度比Fruit小的都可以。但往外讀取元素就費勁了,只有所有類的基類Object對象才能裝下。但這樣的話,元素的類型信息就全部丟失。

5 PECS原則

最後看一下什麼是**PECS(Producer Extends Consumer Super)原則,**已經很好理解了

  1. 頻繁往外讀取內容的,適合用上界Extends
  2. 經常往裏插入的,適合用下界Super


原文:

1.https://www.zhihu.com/question/20400700

2.http://www.imooc.com/article/252935?block_id=tuijian_wz

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