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  • Java中类型参数“<T>”和无界通配符“<?>的区别

    讨论" "和"<?>",首先要区分开两种不同的场景
    1.第一,声明一个泛型类或泛型方法。
    2.第二,使用泛型类或泛型方法。
    类型参数“"主要用于第一种,声明泛型类或泛型方法。无界通配符 "<?>"主要用于第二种,使用泛型类或泛型方法。

    声明泛型类的类型参数

    List最应该出现的地方,应该是定义一个泛型List容器。但List是库里自带的容器,看看ArrayList的源码头一行:

    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
    {
    ...
    }
    

    ArrayList中的“E" 也是类型参数。只是表示容器中元素Element的时候,习惯用“E”。换一个简单的例子,我们自己定义一个新泛型容器叫Box

    class Box<T>{
    private T item1;
    private T item2;
    }
    

    为什么这里要用类型参数?因为这是一种”约束“,为了保证Box里的item1, item2都是同一个类型T。Box,代表两个item都是String。Box,代表两个item都是Integer。

    List容器库里都帮我们写好了,所以我们是不会去定义List的。那什么时候会出现List呢?作为泛型类的成员字段或成员方法的参数间接出现,还是刚才Box< T>的例子。

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

    现在Box类里有三个地方出现了List:

    1. 成员字段item的类型
    2. get( )方法的返回值
    3. set( )方法的参数

    这里写成List为了表示和Box类型参数保持一致。

    声明泛型方法

    另外一种会出现List的地方是泛型方法。比如Function类的reduce是个静态泛型方法,负责对列表里的所有元素求和。这里的List出现在参数,函数返回值和函数内部,也是为了保持泛型类型的一致性。

    class Fuction{
    public static <T> List<T> reduce(List<T> list){
    //...do something
    }
    }
    

    声明泛型类不能用无界通配符<?>

    反观List<?>,首先要明确通配符不能拿来声明泛型。像下面这样用通配符"?"来表示类型参数的约束是肯定不行的。

    //Error Example
    class Box<?>{
    private ? item1;
    private ? item2;
    }
    

    通配符是拿来使用定义好的泛型的。比如用<?>声明List容器的变量类型,然后用一个实例对象给它赋值的时候就比较灵活。

    List<?> list = new ArrayList<String>();
    

    <?>的各种坑

    但List<?>这个写法排常坑。因为,这时候通配符会捕获具体的String类型,但编译器不叫它String,而是起个临时的代号,比如”CAP#1”。 所以以后再也不能往list埋存任何元素,包括String。唯一能存的就是null。

    List<?> list = new ArrayList<String>();
    list . add("he1lo");
    //ERROR
    list. add(111);
    //ERROR
    //argument mismatch; String cannot be converted to CAP#1
    //argument mismatch; int cannot be converted to CAP#1
    

    另外如果拿List<?>做参数,也会有奇妙的事情发生。还是刚才Box的例子,有get()和set()两个方法,一个存,一个取。

    class Box<T>{
    private List<T> item;
    public List<T> get(){return item;}
    public void set(List<T> t){item=t;}
    //把item欲出来,再放回去
    public void getSet(Box<?> box){box.set(box.get());} //ERROR
    

    新的getSet()方法,只是把item先用get()方法读出来,然后再用set()方法存回去。按理说不可能有
    问题。实际运行却会报错。

    error: incompatible types: Object cannot be converted to CAP#1

    原因和前面一样,通配符box.set()的参数类型被编译器捕获,命名为CAP#1,和box.get()返回的Object对象无法匹配。
    解决方法,是要给getSet()方法写一个辅助函数,具体原理可以去查《Java核心技术-卷1》,泛型这章,或者《Java编程思想》。都有讲。

    class Box<T>{
    private List<T> item;
    public List<T> get(){return item;}
    public void set(List<T> t){item=t;}
    //helper()函数然助getset()方法存软元素
    public void getSet(Box<?> box){heIper(box);}
    public <V> void helper(Box<V> box)box.setbox.gt0);}
    }
    

    有界通配符<? extends XXX>和<? super XXX>

    和是Java泛型中的“通配符(Wildcards)”和“边界(Bounds)”的概念。其中,:是指 “上界通配符(Upper Bounds Wildcards)”,:是指 “下界通配符(Lower Bounds Wildcards)”。 开发人员在使用泛型的时候,很容易根据自己的直觉而犯一些错误。比如一个方法如果接收 List 作为形式参数,那么如果尝试将一个 List 的对象作为实际参数传进去,却发现无法通过编译。虽然从直觉上来说,Object 是 String 的父类,这种类型转换应该是合理的。但是实际上这会产生隐含的类型转换问题,因此编译器直接就禁止这样的行为。 比如我们有Fruit类,和它的派生类Apple ``` 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{ private T item; public Plate(T t){item=t;} public void set(T t){item=t;} public T get(){return item;} } ``` 现定义一个“水果盘”,逻辑上水果盘当然可以装苹果。 ``` Plate p = new Plate(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 cannot be converted to Plate 实际上,编译器认定的逻辑是这样的: >**苹果 IS 水果 装苹果的盘子 NOT-IS 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。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和的办法,来让“水果盘子” 和 “苹果盘子”之间发生关系。 # 通配符的上下界 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最大的区别就是:Plate<? extends Fruit>是Plate以及Plate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 p=new Plate(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 ReadApple 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 ![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/21656169-7f8fb96f4854bf04.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240) 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的基类,但不是Plate的基类。对应刚才那个例子,Plate<? super Fruit>覆盖下图中红色的区域。 ![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/21656169-00a7505a52419a26.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240) # 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。 ``` public class Plate { private T item; public Plate(T t) { this.item = t; } public T get() { return item; } public void set(T item) { this.item = item; } } ``` - 上界不能往里存,只能往外取 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 fruitPlate = new Plate(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 ``` 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。

    • 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> 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
    

    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:

    1. 频繁往外读取内容的,适合用上界Extends。
    2. 经常往里插入的,适合用下界Super。

    参考文献

    https://www.zhihu.com/question/20400700/answer/117464182
    https://blog.csdn.net/ystyaoshengting/article/details/86674481
    https://www.cnblogs.com/cangqinglang/p/11626410.html

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zllk/p/13845024.html
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