? extends T和? super T

亦凉 2022-04-25 09:04 212阅读 0赞

`<? 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）”**

**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>

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的引用传递给Plate。

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。

### 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。

//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。

![820480-20161125004120143-1731938777.png][]

### 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。

![820480-20161125004216471-1377946016.png][]

### 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;}
    }

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 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。

所以题主问题里的错误就在这里，`Plate<？ extends Fruit>`里什么都放不进去。

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<Fruit>(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。

### 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。**

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