Java中的＜T extends Comparable＜? super T＞＞

ゝ一纸荒年。 2022-09-04 14:58 150阅读 0赞

Java 中类似 `<T extends Comparable<? super T>>` 这样的类型参数 (Type Parameter) 在 JDK 中或工具类方法中经常能看到。比如 `java.util.Collections` 类中的这个方法声明：

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)

我知道 `extends` 和 `super` 这样的关键字在泛型中是干什么的，但对上面这样复杂的类型参数声明着实有点看不懂。

我觉得类型参数 T 写成这样就足够了：

可 T 偏偏被声明成这样：

搞这么复杂图啥呢？难道 Java 只是高智商人士的玩具？

平常写工具类的机会比较少，上面的方法参数类型看不懂或写不出来问题倒也不大。只要知道怎么调用这些方法，日子就能混过去。我估计像我这样混日子的程序员不少吧。

终于有一天，我觉得有点对不起 Java Developer 这个头衔了，于是认真看了看书，认真 Google 了一下，终于搞明白了这样的类型参数是怎么回事儿。

## 1 `<T extends Comparable<T>>` 和 `<T extends Comparable<? super T>>` 有什么不同 ##

**`<T extends Comparable<T>>`**

类型 T 必须实现 `Comparable` 接口，并且这个接口的类型是 T。只有这样，T 的实例之间才能相互比较大小。例如，在实际调用时若使用的具体类是 Dog，那么 Dog 必须 `implements Comparable<Dog>`

**`<T extends Comparable<? super T>>`**

类型 T 必须实现 `Comparable` 接口，并且这个接口的类型是 T 或 T 的任一父类。这样声明后，T 的实例之间，T 的实例和它的父类的实例之间，可以相互比较大小。例如，在实际调用时若使用的具体类是 Dog (假设 Dog 有一个父类 Animal），Dog 可以从 Animal 那里继承 `Comparable<Animal>` ，或者自己 `implements Comparable<Dog>` 。

## 2 我对 `<T extends Comparable<? super T>>` 类型参数的理解 ##

光看上面的定义除了摸不着头脑，不会有其它感觉。下面用代码来说明为什么要这样声明。

### 2.1 代码运行环境 ###

我使用的 JDK 版本是： `1.8.0_60` ，在 Eclipse 中编译运行。因为注释用了中文，编码采用 UTF-8。如果你要在命令行下编译、运行，编译时要使用 `-encoding UTF-8` 选项：

javac -encoding UTF-8 TypeParameterTest.java

另外，Eclipse 中的警告、错误信息跟命令行中的不一样（个人感觉 Eclipse 中的信息要好懂一些）。以下的示例以 Eclipse 中的信息为准。

### 2.2 示例代码 ###

1: package generics3;
     2: 
     3: import java.util.ArrayList;
     4: import java.util.Collections;
     5: import java.util.List;
     6: 
     7: public class TypeParameterTest
     8: {
     9:     //第一种声明：简单，灵活性低
    10:     public static <T extends Comparable<T>> void mySort1(List<T> list)
    11:     {
    12:         Collections.sort(list);
    13:     }
    14: 
    15:     //第二种声明：复杂，灵活性高
    16:     public static <T extends Comparable<? super T>> void mySort2(List<T> list)
    17:     {
    18:         Collections.sort(list);
    19:     }
    20: 
    21:     public static void main(String[] args)
    22:     {
    23:         //在这个方法中要创建一个 Animal List 和一个 Dog List，然后分别调用两个排序方法。
    24:     }
    25: }
    26: 
    27: class Animal implements Comparable<Animal>
    28: {
    29:     protected int age;
    30: 
    31:     public Animal(int age)
    32: 
    33:     {
    34:         this.age = age;
    35:     }
    36: 
    37:     //使用年龄与另一实例比较大小
    38:     @Override
    39:     public int compareTo(Animal other)
    40:     {
    41:         return this.age - other.age;
    42:     }
    43: }
    44: 
    45: class Dog extends Animal
    46: {
    47:     public Dog(int age)
    48:     {
    49:         super(age);
    50:     }
    51: }

上面的代码包括三个类：

1.  `Animal` 实现了 `Comparable<Animal>` 接口，通过年龄来比较实例的大小
2.  `Dog` 继承自 `Animal` 。
3.  `TypeParameterTest` 类中提供了两个排序方法和测试用的 `main()` 方法：
    
     *  `mySort1()` 使用 `<T extends Comparable<T>>` 类型参数
     *  `mySort2()` 使用 `<T extends Comparable<? super T>>` 类型参数
     *  `main()` 测试方法。在这个方法中要创建一个 `Animal List` 和一个 `Dog List` ，然后分别调用两个排序方法

### 2.3 测试 mySort1() 方法 ###

1: // 创建一个 Animal List
     2: List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
     3: animals.add(new Animal(25));
     4: animals.add(new Dog(35));
     5: 
     6: // 创建一个 Dog List
     7: List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
     8: dogs.add(new Dog(5));
     9: dogs.add(new Dog(18));
    10: 
    11: // 测试  mySort1() 方法
    12: mySort1(animals);
    13: mySort1(dogs);

Line 13 出编译错误了。Eclipse 说：

The method mySort1(List<T>) in the type TypeParameterTest is not applicable for the arguments (List<Dog>)

为什么会出错误呢？ mySort1() 方法的类型参数是 <T extends Comparable<T>> ，它要求的类型参数是类型为 T 的 `Comparable` 。

如果传入的是 `List<Animal>` ，没问题，因为 `Animal implements Comparable<Animal>` 。

但是，如果传入的参数是 `List<Dog>` 有问题，因为 Dog 没有 `implements Comparable<Dog>` ，它只是从 Animal 继承了一个 `Comparable<Animal>` 。

不知道大家注意到没有，那个 animals list 中实际上是包含一个 Dog 实例的。如果你碰上类似的情况（子类 list 不能传入到一个方法中），可以考虑把子类实例放到一个父类 List 中，避免编译错误。

### 2.4 测试 mySort2() 方法 ###

1: public static void main(String[] args)
     2: {
     3:     // 创建一个 Animal List
     4:     List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
     5:     animals.add(new Animal(25));
     6:     animals.add(new Dog(35));
     7: 
     8:     // 创建一个 Dog List
     9:     List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
    10:     dogs.add(new Dog(5));
    11:     dogs.add(new Dog(18));
    12: 
    13:     // 测试  mySort2() 方法
    14:     mySort2(animals);
    15:     mySort2(dogs);
    16: }

两个方法调用都没有问题。 第二个方法不但可以接受 `Animal implements Comparable<Animal>` 这样的参数，也可以接收： `Dog implements Comparable<Animal>` 这样的参数。

### 2.5 Dog 可以 `implements Comparable<Dog>` 吗？ ###

如果让 Dog implements Comparable<Dog> 不也可以解决前面的那个编译错误吗？

1: class Dog extends Animal implements Comparable<Dog>
    2:  {
    3:      public Dog(int age)
    4:      {
    5:          super(age);
    6:      }
    7:  }

很不幸，出错了。Eclipse 说：

The interface Comparable cannot be implemented more than once with different arguments: Comparable<Animal> and Comparable<Dog>

就是说，Dog 已经从父类 Animal 那里继承了一个 `Comparable` ，它不能再实现一个 `Comparable` 。

如果子类不喜欢父类的实现怎么办？ Override 父类的 `public int compareTo(Animal other)` 方法。

### 2.6 `<T extends Comparable<? super T>>` 类型参数声明的好处 ###

对 Animal/Dog 这两个有父子关系的类来说： `<T extends Comparable<? super T>>` 可以接受 List<Animal> ，也可以接收 List<Dog> 。 而 `<T extends Comparable<T>>` 只可以接收 List<Animal>

所以，<T extends Comparable<? super T>> 这样的类型参数对所传入的参数限制更少，提高了 API 的灵活性。总的来说，在保证类型安全的前提下，要使用限制最少的类型参数。

## 3 其他 ##

### 3.1 JDK 中的例子 ###

JDK 中这样的例子很多，比如 java.util.Date 和 java.sql.Date 这两个类：

public class Date
        implements java.io.Serializable, Cloneable, Comparable<Date>

public class Date extends java.util.Date

*  `java.sql.Date` 是 `java.util.Date` 的子类。
 *  `java.util.Date` 实现了 `Comparable<java.util.Date>~，所以 ~java.sql.Date` 也拥有了 `Comparable<java.util.Date>` 类型。
 *  `java.sql.Date` 不能再 `implements Comparable<java.sql.Date>` 。
 *  如果你有一个 `List<java.sql.Date>` 并对它排序的话，只能传给拥有 `<T extends Comparable<? super T>>` 这种类型参数的方法。

### 3.2 《Effective Java》 一书对 `<T extends Comparable<? super T>>` 这种类型参数的解释 ###

这本书使用 Produce-Extends, Consume-Super (PESC) 原则来解释。这个原则不但可以帮你理解复杂的声明，而且可以指导你在定义类型参数时，何时使用 extends ，何时使用 super，有助于你写出复杂的、适应性强的类型参数来。

有兴趣的同学可以看看这本书的 Item 28: Use bounded wildcards to increase API flexibility

### 3.3 泛型是个脑力活 ###

简单的泛型很好理解很好用，但稍微复杂一点，就变得很难理解。

3.3.1 脑子开窍开大了

在琢磨这个问题时，我脑洞一开，心想，T 这样的东西太一般化，有点摸不着头脑，不好理解。如果把 T 换成一个具体类，应该会好理解。于是我就想出了这样两个声明：

我挺得意，觉得这样先用具体的类理解，然后再换成一般的类型，由具体到一般，多符合逻辑啊！后来发现这样的声明有个大问题，Eclipse 给了个黄色警告：

The type parameter Dog is hiding the type Dog

上面这句话翻译过来就是： **类型参数** Dog 掩盖了 **类型** Dog 。

在 `<Dog extends Comparable<Dog>>` 这个声明中，extends 前面的部分必须是类型参数。类型参数一般用 T，E 这样的大写字母，但也可以是小写或者一个单词（只要是个标识符就行）。所以，Dog 在这里是一个类型参数，不是一个具体类。但我已经创建过一个具体的 Dog 类了。怎么办？类型参数 Dog 赢了，具体类 Dog 暂时靠边站。类似于你有一个实例变量 `x` 。然后你在一个方法中又声明了一个局部变量也叫 `x` 。在执行这个方法时，方法中的这个局部变量 x 就暂时掩盖了(shadow) 实例变量 x 。

3.3.2 脑子一点也不开窍

有时候想得多了，脑子就糊涂了，一点儿也不开窍，连简单问题也不明白了。 比如，我可以这样定义一个方法：

public static <T extends Animal> void mySort3(List<T> list)
    {
        Collections.sort(list);
    }

也可以这样定义一个方法：

public static void mySort4(List<? extends Animal> list)
    {
        Collections.sort(list);
    }

第二个方法没有 T ，也能实现跟第一个方法同样的功能，我为什么非得要一个 T 呢？在脑子思虑过度的情况下，进死胡同了。在我准备放狗搜之前，总算想明白了。

第二个方法中，参数是： `List<? extends Animal> list` 。 这个方法可以接收 `List<Animal>` ，也可以接收 `List<Dog>` 。这里没有使用类型参数，只是使用泛型的限定符对所传入的 List 的类型做了一个限定。

而在第一个方法中，使用了一个类型参数 T 。这个 T 可以是 Animal ，也可以是 Animal 的子类 Dog。

在第一个方法中，看不出定义一个类型参数有什么作用。但是，类型参数不但可以在方法参数中使用，也可以在方法返回值和方法体内使用。比如下面这个方法：

1: public <T extends Comparable<? super T>> T test1(T t, List<T> list)
    2: {
    3:     for (T element : list)
    4:     {
    5:         if (element.equals(t))
    6:             return t;
    7:     }
    8:     return null;
    9: }

你定义了一个类型参数 T ，这个 T 定义成 ： `<T extends Comparable<? super T>>` 。定义好之后，你就可以在参数中，返回值中，以及方法体内使用这个 T 了。如果不使用类型参数，是达不到这种效果的。

你也可以定义多个类型参数，并让这些参数之间有关联：

1: public <T, S extends T> T test2(T t, S s)
    2: {
    3:     return s;
    4: }

3.3.3 多练习练习

我从 JDK 中找了两段程序，看看能不能看明白。

1.  程序一
    
    `TreeSet` 类是这样声明的：
    
        1: public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
        2:     implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
    
    它有个 constructor 是这样定义的：
    
        1: public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        2:     this(new TreeMap<>(comparator));
        3: }
2.  程序二
    
    `Collections` 类的 `max()` 方法：
    
        1: public static <T> T max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) {
         2:     if (comp==null)
         3:         return (T)max((Collection) coll);
         4: 
         5:     Iterator<? extends T> i = coll.iterator();
         6:     T candidate = i.next();
         7: 
         8:     while (i.hasNext()) {
         9:         T next = i.next();
        10:         if (comp.compare(next, candidate) > 0)
        11:             candidate = next;
        12:     }
        13:     return candidate;
        14: }
    
    这段程序也展示了类型参数的另一种用法：类型参数本身只是简简单单的 `<T>` ，但在方法参数和方法体中，却以 T 为基础，向上向下进行了扩展： `<? super T>` ， `<? extends T>`

## 4 推荐一本书：《SCJP Sun Certified Programmer for Java 6 Exam 310-065》 ##

这本书的作者是：Kathy Sierra 和 Bert Bates，所以此书也被称为“KB书”。从书名上就可以看出这本书是为 SCJP 6 认证考试而写的。因为是认证考试教材，这本书讲的不是很深，有很多方面也没有涉及到。但这本书对 Java 基本概念的讲解非常透彻而又不啰嗦。它不但是认证宝典中的宝典，而且也非常适合已经入门的 Java 程序员阅读。这本书现在有 Java 7 的版本，不知道以后会不会出 Java 8 版本。如果出的话，我会去买一本。

## 5 参考书目和链接 ##

1.  [What is <? super T> syntax?][What is _ super T_ syntax]
2.  [What is the difference between these class declarations with Comparable?][What is the difference between these class declarations with Comparable]
3.  [Java：泛型][Java]
4.  [Effective Java (2nd Edition)][Effective Java _2nd Edition]
5.  [SCJP Sun Certified Programmer for Java 6 Exam 310-065][]

[What is _ super T_ syntax]: http://stackoverflow.com/questions/2827585/what-is-super-t-syntax
[What is the difference between these class declarations with Comparable]: http://stackoverflow.com/questions/28650801/what-is-the-difference-between-these-class-declarations-with-comparable
[Java]: http://www.cnblogs.com/studyLog-share/p/5380090.html
[Effective Java _2nd Edition]: http://www.amazon.com/Effective-Java-Edition-Joshua-Bloch/dp/0321356683
[SCJP Sun Certified Programmer for Java 6 Exam 310-065]: http://www.amazon.com/SCJP-Certified-Programmer-Java-310-065/dp/0071591060/ref=sr_1_1?s=books&ie=UTF8&qid=1460436456&sr=1-1&keywords=scjp