Android开发之深入理解泛型extends和super的区别

Posted 2022-11-06 im大钊

摘要：

什么是泛型？什么是擦除边界？什么是上界限定或下界限定（子类型限定或超类型限定）？什么是类型安全？泛型extends关和super关键字结合通配符?使用的区别，两种泛型在实际android开发中有什么用处？

一、什么是泛型？

泛型，大概的意思是指没有指定具体的类型的类或方法，以泛型的形式传入一个类中或方法中，在Java编程(Android编程)里面使用一对尖括号和一个大写字母表示，例如：

//泛型类
public interface List<E>

//泛型方法，类型参数位于返回类型之前或void之前
public static <E> boolean contains(E [] arr, E x)
   for(E val:arr)
      if(x.equal(val))
         return true;
      
   
   return false;

尖括号中的内容常用一个大写的字母表示，但也可以是任意的单词或同时传入多个泛型，它的命名规则遵循类名的命名规则(首字母大写)，例如：

public interface List<AnyType,A,B,C>

在一个声明了传入泛型的类中，我们可以考虑传入，也可以考虑不传入，比如，现在我们需要一个列表存放数据(但没有明确数据的类型)，那么实例化的列表，就可以存放各种类型的数据，代码如下：

//没有具体类型的列表
ArrayList<> mDataSet=new ArrayList<>(); 
        mDataSet.add(new Object());
        mDataSet.add(new String());
        mDataSet.add(new Integer(0));
        mDataSet.add(new Animal());

//指定具体类型的列表(存储其他类型，编译不通过，编译器报错)
ArrayList<String> mDataSetStr=new ArrayList<>();
        mDataSetStr.add(new String());

为了更好理解通配符的用法，现在我们先定几个继承关系的类：WhiteCuteHelloKitty、CuteHelloKitty、HelloKitty、Cat、Animal，如下图：

通配符?既可以单独使用，也可以结合Java关键字extends或super一起使用，关于它们之间的区别在后面介绍，例如：

  //通配符单独使用
ArrayList<?> mDataSetType=new ArrayList<>();
  //通配符结合关键字extends一起使用
ArrayList<? extends Animal> mAnimalChildren = new ArrayList<>();
  //通配符结合关键字super一起使用
ArrayList<? super HelloKitty> mAnimalParents = new ArrayList<>();

这里，没有列举完泛型的用法，关于其他的一些用法可以参考其他文档，继续我们下面的介绍。

二、 什么是擦除边界？

擦除边界，指一个具体的类型，抽象成一个泛型，那么我们就可以在编写代码的时候，根据实际需要指定具体的类型，符合依赖抽象的编程思想。我们使用IDE或Eclipse开发工具编写代码时，在编译期会将传入的具体类型代替泛型，同时方便使用具体类型的属性和方法，比如，我们在一个列表中指定存储Animal这个具体类，那么我们就可以方便使用Animal内部的属性和方法，例如：

    class Animal 
        String name;

        public void setName(String name) 
            this.name = name;
        

        public String getName() 
            return name;
        
    

ArrayList<Animal> mAnimals = new ArrayList<>();
//指定ArrayList的泛型具体类为Animal，其对象可以存储Animal及其子类的对象
        mAnimals.add(new Animal());
        mAnimals.add(new Cat());
        mAnimals.add(new HelloKitty());

//方便使用Animal内部的属性和方法
        String name=mAnimals.get(0).name;
               name=mAnimals.get(1).getName();

简单地说，擦除边界就像一个正方形去掉了四边，变成一个没有固定大小没有边界的图片，在以后需要使用的时候，再给它指定具体的类型，指定的类型可以是圆形、矩形、三角形或六边形、心形等。

三、什么是上界限定或下界限定？

在Java程序中，类与类之间最重要的一种关系——继承关系，简单的描述是一个纵向的排列关系（如上面Animal的UML图）。上界，指的是往上能够找到的最顶端的类（忽略Object类）；下界，指的是外下能够找到的最末端的类。泛型<? extends HelloKitty>表示的是所有继承自HelloKitty的子类，那么通配符？表示的上界是HelloKitty，但我们不知道它的下界；泛型<? super CuteHelloKitty>表示的是所有CuteHelloKitty的超类，通配符?表示的下界是CuteHelloKitty，同理我们不知道它的上界。于是，初学者在看一些介绍extends和super区别的文章时，容易将extends的上界和super的下界混到一起记忆，实际上它们彼此拥有自己的上界与下界，这是特别需要注意的！

四、什么是类型安全？

类型安全，指的是在编码阶段，编译器自动对代码进行检查，检查变量或方法的调用是否符合当前类型，如果有不符合的情况，Java编译器就会提示错误，比如，一个HelloKitty的对象mHelloKitty允许调用自身声明或继承的属性和方法，这是符合类型安全的；但是，一个HelloKitty的对象mHelloKitty不允许调用子类CuteHelloKitty或WhiteCuteHelloKitty声明的属性和方法，如果强行调用了，编译器会提示错误，这是不符合类型安全的。

简单地说，上溯造型是符合类型安全的，下溯造型是不符合类型安全的。

五、 通配符?与extends、super关键字使用的区别

从上面的学习中，我们知道<? extends T>表示的含义是继承自T的一组类，在一个泛型类List<E>(或方法)中传入泛型<? extends T>，编译器会自动转换成如下代码：

//泛型类
public interface List<? extends T>

    //泛型方法
    boolean add(? extends T e);

下面演示的例子，钊林将T用具体的类Animal代替，在一个泛型类ArrayList<E>传入<? extends Animal>，然后尝试往mAnimalChildren列表中存入子类的对象，最后查看ArrayList的add方法，如下图：

你会发现，编译器报错了，不允许往一个列表中存储Animal本身及其子类的对象，难道我理解错误了吗？这到底是为什么？

在开发者的头脑里，自然很容易理解Animal、Cat是符合泛型<? extends Animal>规则的，但是对于编译器来说，它只知道上面泛型表示的是一组类，但不清楚是否是具体的Animal类或其子类，在ArrayList类中，传入的泛型，编译器会自动将类中的泛型替换成<? extends Animal>，比如add方法，变成了boolean add(? extends Animal e)，这时候试图传入具体的类Animal、Cat、HelloKitty或CuteHelloKitty，编译器会很生气地告诉你说：“你是不是听不懂我说的话，我要求的是? extends Animal，你却给我一个Animal或其子类！！产生了疑惑：我应该把它当成Animal处理呢？还是应该当成HelloKitty处理呢？抑或是当成CuteHelloKitty处理呢？”因为存在类型不清楚的情况，所以编译器禁止开发者传入具体的类型，

这就是为什么钊林会花一些篇幅提前介绍什么是类型安全的原因，对于编译器要求的是一个A类型，开发者给了一个B类型，这是不符合类型安全的！

? extends Animal表示一种类型，Animal、Cat或HelloKitty表示另一种类型，所以会报错！

既然不允许我们往里面添加数据，那么，对于泛型? extends Animal，对于开发者到底有什么用处？虽然编译器不允许你往add方法传入数据。

但是对于编译器来说泛型类? extends Animal，可以肯定其继承了Animal的属性和方法，那么在我们封装类的时候，就可以方便地调用继承的属性和方法，例如：

    class Animal 
        String name;

        public void setName(String name) 
            this.name = name;
        

        public String getName() 
            return name;
        
    
    class CuteHelloKitty extends HelloKitty

        public String feature()
            return "This is a cute HelloKitty !";
        
    
    /**
     * 封装的一个类
     * @param <T>
     */
    class AnimalName<T>
        T e;

        public T get() 
            return e;
        

        public T print(T e) 
            return e;
        
    

    public void print()
        //一、绑定为一组继承自Animal的类，允许使用继承的属性和方法
        AnimalName<? extends Animal> animalName=new AnimalName();
        Animal animal=animalName.get();
        System.out.print(animal.getName());

        //二、绑定为一组CuteHelloKitty的类，允许使用继承的属性和方法
        AnimalName<? extends CuteHelloKitty> cuteHelloKittyName=new AnimalName();
        CuteHelloKitty cuteHelloKitty=cuteHelloKittyName.get();
        System.out.print(cuteHelloKitty.feature());
    

既然泛型<? extends Animal>不合适往里面添加数据，那么开发者在设计程序的时候，对于传入泛型<? extends Animal>的类，尽量避免调用往写入数据的方法，只调用读取数据的方法。泛型类<? extends Animal>表示以Animal为上界的所有子类，不确定具体的类型，可能会下溯造型，不符合类型安全！！

但是，如果我想要调用写入数据的方法呢，那该怎么办？那么，你可以考虑使用泛型<? super T>，该泛型表示的含义是以T为下界的一组类，如下图：

看一下下面的例子，编译器允许开发者这样子操作，代码如下：

        //三、绑定为以CuteHelloKitty为下界的一组类
        AnimalName<? super CuteHelloKitty> helloKitty = new AnimalName<>();

        helloKitty.print(new CuteHelloKitty());
        helloKitty.print(new WhiteCuteHelloKitty());

类中传入泛型<? super T>，对于传入的CuteHelloKitty类本身及其子类，在这里编译器会自动上溯造型为CuteHelloKitty，上溯造型符合类型安全的，因此可以调用写入数据的print方法）。编译器允许传入的是T自身或T子类的对象，最终上溯造型为T，符合类型安全！！

总结：

在一个封装类中传入泛型，可以在编码的时候指定泛型为某个具体的类，也可以指定为一组类，指定为一组类可以考虑使用通配符?与extends、super关键字结合，泛型类<? extends T>表示以T为上界的一组子类，适合读取数据，不建议调用写入数据的方法，否则编译器会报错；泛型<? super T>表示以T为下界的一组超类，适合调用写入数据的方法，不适合读取数据。

在开发中，根据实际的需要合理选择传入<? extends T>、<? super T>或者不使用通配符，符合类型安全！！