Java泛型解析(02)：通配符限定

Posted 2020-09-30 zhchoutai

Java泛型解析(02)：通配符限定

     考虑一个这种场景。计算数组中的最大元素。

[code01]

    public class ArrayUtil {
           public static <T> T max(T[] array) {
                    if (array == null || 0 == array.length) { return null ;}
                   T max = array[0];
                    for (int i = 1; i < array.length; i++) {
                              if (max.compareTo(array[i]) < 0) {max = array[i];}
                   }
                    return max;
          }
     }

     细致看看code01里面的代码(代码不完整)，使用类型參数T定义一个max局部变量，这几意味着这个max能够是随意的类型。那么max.compareTo(array[i]) 方法的调用的前提是T所属的类中有compareTo方法，怎么能做到这一点呢？别着急，让我们来看看怎样给类型參数进行限定，如今来对code01中的代码进行完好。

[code02]

    public class ArrayUtil {
           public static <T extends Comparable<T>> T max(T[] array) {
                    if (array == null || 0 == array.length) { return null ;}
                   T max = array[0];
                    for (int i = 1; i < array.length; i++) {
                              if (max.compareTo(array[i]) < 0) {max = array[i];}
                   }
                    return max;
          }
     }

     注意看，我们定义类型參数的变化：<T extends Comparable<T>>，这里将T类型限定在Comparable及其全部的子类。是不是非常好奇Comparable明明是一个interfacce，依据所学知识推断，实现interface用的keyword是implements，为什么呢？
     <T extends Bounding Type>，表示T类型应该是绑定类型及其子类型(subType)，T和绑定类型能够是类或者接口，使用extendskeyword由于它更接近于子类的概念，另外Java设计者并不打算为Java加入新的keyword如：sub

     假设给T限定多个类型，则须要使用符号"&"，如以下格式

[code03]

     <T extends Runnable & Serializable>

     细心的读者可能会发现。这里限定的都是interface。假设限定为class是不是也这么自由的呢？先不急着回答这个问题。我们知道Java中能够实现多个接口，而继承仅仅能是单继承，可想而知。当我们给T限定类型的时候，限定为某个class的时候是有限制的，看看以下几组泛型限定的代码

[code04]

     <T extends Runnable & Serializable & ArrayList> // 错误
     <T extends Runnable & ArrayList & Serializable> // 错误
     <T extends ArrayList & LinkedList & Serializable> // 错误
     <T extends ArrayList & Runnable& Serializable> // 正确

     不难看出，假设要限定T为class的时候，就有一个非常严格的规则，这个class仅仅能放在第一个。最多仅仅能有一个class。事实上非常easy理解，这样一来。就行严格控制T类型是单继承的，遵循Java的规范。

小结：

     1.类型限定仅仅能限定某个类型及其子类。使用keywordextends。

     2.多个类型參数用","隔开。如：<K, V>，多个限定类型用"&"隔开。如： <T extends Runnable & Serializable>

     3.限定interface的时候。对interface的个数和顺序无严格要求，限定class时。则须要将class类型置于第一个，且最多仅仅能存在一个class类型。

钻牛角尖：

     问：类型限定中能够通过 extends 来限定子类型，能否够通过类似superkeyword来限定超类型呢？ 

    答：哈哈。问的好。接下来一一揭晓。

    比較遗憾的是，类似<T extends Runnable & Serializable>这种泛型限定子类的语法。来限定超类是没有成为Java中的一个语法规范的，比如：

[code05]

     <T super File & Runnable> // 错误

     code03中的类型參数的定义是错误的。至少眼下Java中没有这种规范来支撑这种语法，怎样解释这个问题，笔者得花一番心思了...

不得不请教面向对象先生了：

     1.面向接口(抽象)编程，而非面向实现编程。这个设计原则告诉我们。方法调用通过高层的抽象类或者接口来进行。详细调用的方法体就是我们实际执行时期传递的详细实现类的实例。这也是多态的一种体现。

我们实现自己的泛型是提供后期应用程序猿使用的。限定一个子类，这就须要我们通过子类来调用方法，而调用的方法体则是这个类的超类的实例。继承结构越往上就可能是abstract的。或者是interface。抽象类和接口是无法实例化对象。这样的反设计让调用面临失败。一旦限定的这个类就是抽象的或者是接口，必然会造成这个泛型类或泛型方法无法使用，导致设计失败。举个样例：

[code06]

     public static <T super Runnable> void test(T runner) {
          runner.run();
     }

     这个T类型限定为Runnable的超类。这个Runnable是一个接口。无法实例化对象，方法參数runner就是一个不存在的实例，所以这是一个失败的设计。并且这样的语法也无法通过编译器。

     面向对象先生的解释对刚開始学习的人可能有点晦涩难懂。没关系。这里仅仅要知道Java是不能支持这样的泛型限定的。

不管从设计角度，还是从后期扩展的角度。都是说只是去的。

     可是不能这样定义泛型。并不代表Java泛型中就没有 super keyword了，接下来说说泛型中的通配符类型。有了前面的基础。这里恐怕不是问题了。

通配符类型

     通配符类型，相比于固定的泛型类型，它是一个巧妙的解决方式。如：

[code07]

    Couple<? extends Employee>

     表示Couple的泛型类型是Employee或者其子类，Couple<Manager>满足。而Couple<File>不满足了。通配符用 "?" 表示。

     我们来打印一下夫妇类中的wife：

[code08]

     public static void printWife(Couple<Employee> couple) {
          Employee wife = couple.getWife();
               System. out.println(wife);
     }

     code08中的方法參数仅仅能将Employee组成的夫妇传入。貌似经理的如Couple<Manager>就不能了，这有点不合适了，搞得好像Manager还不能结婚了。

所以要想让Manager也能结婚并打印其wife，须要更改我们的设计了：

[code09]

     public static void printWife(Couple<? extends Employee> couple) {
          Employee wife = couple.getWife();
               System. out .println(wife);
     }

     通配符的子类型限定的语法与文章一開始介绍的类型限定有点相似，可是这里有些细节的秘密。

[code10]

     public static <T extends Comparable<T>> T max(T[] array) {...}
     public static void printWife(Couple<? extends Employee> couple) {...}

     前者T是提前定义的类型參数，T能够作为一个详细的类型来定义方法的參数类型，局部变量等，T的作用域是整个方法(方法返回值。參数，方法体中局部变量)，这样的设计是为了给使用者带来方便，将參数类型的指定权有限制地交给了使用者。

而后者中不存在类型參数的定义，max方法參数的类型是预先定义好的Couple类型，使用者无法在使用的时候指定其它类型，但能够有限制地指定Couple中的泛型參数的类型，

     ?

 extends Employee 自身不能单独使用，能够理解为仅仅能寄生在其它泛型类中，作为泛型类一个详细的类型參数，通经常使用于定义阶段，如以下：

[code11]

     public static ? extends Employee printWife() {...} // 错误
     public static void printWife(? extends Empoyee employee) {...} // 错误

     使用通配符来定义方法返回值和方法的參数类型在Java中是不同意的！

     弄清楚了前面类型限定和通配符的差别以后。再引入通配符的超类型限定就不是那么难以理解了。

通配符的超类型限定：

     和前面子类型的限定一样，用"?"表示通配符，它的存在必须存在泛型类的类型參数中，如：

[code12]

     Couple<? super Manager>

     格式跟通配符限定子类型一样。用了keywordsuper，可是这两种方式的通配符存在一个隐蔽的差别，让我们来揭晓吧，先看看以下代码：

[code13]、

     Couple<Manager> couple = new Couple<Manager>(new Manager(),new Manager());
     Couple<? extends Employee> couple2 = couple;
     Employee wife = couple2.getWife();
     // couple2.setWife(new Manager()); // 此处编译错误

     Couple<? extends Employee>定义了couple2后能够将getWife和setWife想象成例如以下：

[code14]

     ?
 extends Employee getWife() {...}
     void setWife(? extends Employee) {...}

     getWife是能够通过的，由于将一个返回值的引用赋给超类Employee是全然能够的，而setWife方法接受的是一个Employee的子类。详细是什么子类，编译器并不知道，拒绝传递不论什么特定的类型。所以couple2.setWife(new Manager())是不能被调用的。

所以通配符的子类限定适用于读取。

     在来看看通配符的超类型限定，即Couple<? super Manager>。getWife和setWife能够想象成：

[code15]

     ? super Manager getWife() {...}
     void setWife(? super Manager) {...}

     getWife方法的返回值是Manager的超类型，而Manger的超类型是得不到保证的，虚拟器会将它会给Object，而setWife方法是须要的是Manager的超类型，所以传入随意Manager都是同意的，所以通配符的超类型限定适用于写入。

无限定通配符

     无限定通配符去除了超类型和子类型的规则。只用一个"?

"表示，而且也只能用于指定泛型类的类型參数中。如Couple<?>的形式，此时getWife和setWife方法如：

[code16]

     ?
 getWife() {...}
     void setWife(?) {...}

     getWife返回值直接付给了Object，而setWife方法是不同意调用的。那么既然这么脆弱，牛逼的Java设计者为什么还要引入这样的通配符呢？在一些简单的操作中，五限定通配符还是实用武之地的。比方：

[code17]

      public static boolean isCoupleComplete(Couple<?
> couple) {
          return couple.getWife() != null && couple.getHusband() != null;
      }

     这种方法体中，getWife和getHusband返回值都是Object类型的，此时我们仅仅须要推断是否为null就可以，而不须要知道详细的类型是什么，这就发挥了无限定通配符的作用了。发动脑经想一想。这种方法用文章開始所提到类型限定能否够取代呢？自我思考中...

[code18]

     public static <T> boolean isCoupleComplete(Couple<T> couple) {
          return couple.getWife() != null && couple.getHusband() != null ;
     }
     public static <T extends Employee> boolean isCoupleComplete(Couple<T> couple) {
          return couple.getWife() != null && couple.getHusband() != null ;
     }

     到这里，爱思考的读者可能在思考一个问题，通配符代表了泛型类中的參数类型，在方法体中，怎么去捕获这个參数类型呢?

这里考虑三种通配符的捕获

     1.Couple<?

 extends Employee> couple：getWife返回Employee

     2.Couple<?

 super Manager> couple：无法捕获，getWife返回Object

     3.Couple<?

> couple：无法捕获，getWife返回Object

     悲催了。仅仅有第一种能捕获，怎么办呢？别着急，看看以下的小魔术：

[code19]

    public static void print(Couple<?> couple) {
           printHelp(couple);
     }
     public static <T> void printHelp(Couple<T> couple) {
          T husband = couple.getHusband();
          T wife = couple.getWife();
          couple.setHusband(wife);
          couple.setWife(husband);
          System. out.println(husband);
          System. out.println(wife);
      }

     当须要捕获通配符的时候，能够借助前面所学的类型參数进行辅助。事实上这是一个多余的动作。基本上用不到这么麻烦。这么做是为了把通配符和泛型限定联系起来，巩固一下之前的学习。

总结：

     1.泛型參数的限定，使用extendskeyword，限定多个类型时用"&"隔开。如：<T extends Runnable& Serializable> 

     2.泛型參数限定中，假设限定的类型是class而不是interface，则class必须放在限定类表中的第一个，且最多仅仅能存在一个class。如：<T extends ArrayList & Runnable& Serializable> 

     3.通配符仅仅能用在泛型类的泛型參数中，不能单独使用。

如Couple<?

>、Couple<? extends Employee> 、Couple<? super Manager>

     4.通配符的超类型限定适用于写入，通配符的子类型限定适用于读取，无限定通配符适用于一些非null推断等简单操作。

     5.通配符的捕获能够借助泛型类型限定来辅助。

     这一节内容比較多，须要花点时间好好消化，体会总结中的5点。下一节，说一个深刻点的话题，虚拟机中的针对泛型代码的擦除。

Java泛型解析(01)：认识泛型

Java泛型解析(02)：通配符限定

Java泛型解析(03)：虚拟机运行泛型代码

Java泛型解析(04)：约束和局限性

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