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【2020年4月18日】JAVA泛型知识

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<? 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。

//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

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。

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。

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;
    }
}

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。

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

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。

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。

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。

正文到此结束

所属分类：Java

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【2020年4月18日】JAVA泛型知识

1. 为什么要用通配符和边界？

2. 什么是上界？

3. 什么是下界？

4. 上下界通配符的副作用

4.1 上界<? extends T>不能往里存，只能往外取

4.2 下界<? super T>不影响往里存，但往外取只能放在Object对象里

5. PECS原则

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