Java泛型简介

向右看齐 2024-03-31 16:47 21阅读 0赞

![3f697b91c4834c6388740161ae6c6a56.jpeg][]

[参考博客：https://www.jb51.net/article/192850.htm][https_www.jb51.net_article_192850.htm]

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。

**一、泛型类**

![ae000654b7cb4ae3a3dd109d69718d39.jpeg][]

泛型中表示继承/实现的写法：

<T extends A>: 样类中的泛型T只能是A接口的实现类，传入非A接口编译会出错。

注意：<T extends A>这里的限定使用关键字extends，后面可以是类也可以是接口。但这里的extends已经不是继承的含义了，应该理解为T类型是实现A接口的类型，或者T是继承了XX类的类型。

**二、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，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。

public class Plate<T> \{

private T item;

public Plate(T t) \{

this.item = t;

public T get() \{

return item;

public void set(T item) \{

this.item = 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*”。

Type mismatch: cannot convert from Plate<Apple> to Plate<Fruit>

所以我的尴尬症就犯了。实际上，编译器脑袋里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，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<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。

![f48d22d47af34cdfa5d448b6f46c8944.png][]

//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 ReadApple extends Apple\{\}

class GreenApple extends Apple\{\}

![96a662ea28274934b3d965267e1e0120.png][]

在这个体系中，上界通配符 “Plate<？ extends Fruit>” 覆盖下图中蓝色的区域

![632aa1fd8dd4e3056f07bb75794a303f.png][]

**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。

![74d3056f93ecd170e5f3d14db33eecc6.png][]

**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。

![e2c4b3f6fdef4f729ddb942073f48e38.png][]

public class Plate<T> \{

private T item;

public Plate(T t) \{

this.item = t;

public T get() \{

return item;

public void set(T item) \{

this.item = item;

![f613a2f5f0f74036bcd056d058ed1b67.png][]

**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。

![85ff3a47123a4716a7b9cccb8cd5b596.png][]

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

//不能存入任何元素

fruitPlate.set(new Apple()); //Error 编译错误

fruitPlate.set(new Fruit()); //Error 编译错误

//读取出来的东西只能放在Fruit或它的基类里

Fruit newFruit1=fruitPlate.get();

Object newFruit2 = fruitPlate.get();

Apple newFruit3 = fruitPlate.get(); //Error

![dc7e7cb8ccd143319189f10ff57f6a99.png][]

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<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。**

**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。**

![269926673fd84e8f9020c4124dd36e3f.png][]

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

//存入元素正常

fruitPlate.set(new Apple());

fruitPlate.set(new Fruit());

//读取出来的东西只能存放在Object类里

Object newFruit1 = fruitPlate.get();

Fruit newFruit2 = fruitPlate.get(); //Error

Apple newFruit3 = fruitPlate.get(); //Error

![ed6e4fc32c28425f86f22754fa1c1802.png][]

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**

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。

**三、泛型的协变与逆变**

![d60f21713d164b2689088b72f72f08f9.png][]

![6966070748b94218aceabbfea20789d0.png][]

![ac2fb1aae1f54b8096c1b41e967ea4a7.png][]

[3f697b91c4834c6388740161ae6c6a56.jpeg]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/715de184f87c46f8b572397d004bad83.jpeg
[https_www.jb51.net_article_192850.htm]: https://www.jb51.net/article/192850.htm
[ae000654b7cb4ae3a3dd109d69718d39.jpeg]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/31e5f299d0ee427aa00c5ed2d25bab44.jpeg
[f48d22d47af34cdfa5d448b6f46c8944.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/094d0beb673948c3b57b7496e66f8bfa.png
[96a662ea28274934b3d965267e1e0120.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/51f9aa63e9784124a8385c89d23cde98.png
[632aa1fd8dd4e3056f07bb75794a303f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/0a90fdb5864240749caf0e8c79076e94.png
[74d3056f93ecd170e5f3d14db33eecc6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/e313dc03ef744d04951559dd5297c810.png
[e2c4b3f6fdef4f729ddb942073f48e38.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/6271adaae24e4b73a3c12ff410aaf156.png
[f613a2f5f0f74036bcd056d058ed1b67.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/609e3f9bef154066a545695fa9b92a40.png
[85ff3a47123a4716a7b9cccb8cd5b596.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/c11f1cf3a39349a5830704b8305d4f3e.png
[dc7e7cb8ccd143319189f10ff57f6a99.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/9f3663028e944f69b34332282f7d40eb.png
[269926673fd84e8f9020c4124dd36e3f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/ba68198578d94b60b3dbbffaa2ffadf8.png
[ed6e4fc32c28425f86f22754fa1c1802.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/44498475217d47018fbb462a01d43aed.png
[d60f21713d164b2689088b72f72f08f9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/d7df2bfaeff44685bd4ed967d68075a6.png
[6966070748b94218aceabbfea20789d0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/0a53c71d76cd489ebe8aa5651225b1fe.png
[ac2fb1aae1f54b8096c1b41e967ea4a7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/60313c98e59e42e4bcc9f9aac1c37743.png