[JAVA冷知识]什么是逆变(contravariant)与协变(covariant)?数组是否支持协变&逆变?泛型呢？

Posted 2022-02-19 山河已无恙

写在前面

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• 和小伙伴分享一些java小知识点，主要围绕下面几点：
• 什么是逆变(contravariant)&协变(covariant)?
• 数组支持协变&逆变吗？
• 泛型支持协变&逆变吗?
• 部分内容参考
  • 《编写高质量代码(改善Java程序的151个建议)》
• 博文理解有误的地方小伙伴留言私信一起讨论

生活不能等待别人来安排，要自己去争取和奋斗；而不论其结果是喜是悲，但可以慰藉的是，你总不枉在这世界上活了一场。有了这样的认识，你就会珍重生活，而不会玩世不恭；同时，也会给人自身注入一种强大的内在力量。 ——路遥《平凡的世界》

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关于协变与逆变到底是什么意思，其实很好理解，用一句话描述:(小伙伴们看到下面的话，会不会想到这不就是多态吗，哈，今天我们只看协变和逆变，关于多态的一些内容，如强制多态，包含多态，重载多态等之后有机会和小伙伴们分享)

协变 即窄类型替换宽类型，逆变 即宽类型覆盖窄类型

这里的窄类型即子类(派生类)，这里的宽类型即父类(基类,超类)，那这里的替换覆盖又是什么意思,这里就要说到OO(面相对象)六大设计原则之一的LSP(里氏代换原则 Liskov Substitution Principle),里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。LSP是继承复用的基石，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。

下面们结合代码就数组和泛型的协变和逆变进行分析

我们来看一段代码

package com.liruilong;

import java.util.Arrays;

/**
 * @Project_name: workspack
 * @Package: com.liruilong
 * @Description:
 * @Author: [e-mail]
 * @WeChat_Official_Accounts: 山河已无恙
 * @blog: https://liruilong.blog.csdn.net/
 * @Date: 2022/2/11  1:18
 */
public class CovariantDemo 

    public static void main(String[] args) 
        Number [] numbers = 1,1L,3d,2.0F;
        Arrays.stream(numbers).forEach(System.out::print);
    

Number类是所有基本类型封装类的父类，同理基本类型封装类为Number类的子类，关于自动装箱和自动拆箱是java在JDK1.5的时候引入的新特性，我们这里不多讲，上面的代码可以正常编译，并且输出下面的内容，这里，数组里的基本类型装箱为封装类放到了堆中，这些封装类可以出现在Number类定义的数组中，说明子类可以替换了父类，即数组是满足协变的。

113.02.0
Process finished with exit code 0

既然数组支持协变，那么逆变呢？我们来看看

package com.liruilong;

import java.util.Arrays;

/**
 * @Project_name: workspack
 * @Package: com.liruilong
 * @Description:
 * @Author: [e-mail]
 * @WeChat_Official_Accounts: 山河已无恙
 * @blog: https://liruilong.blog.csdn.net/
 * @Date: 2022/2/11  1:18
 */
public class CovariantDemo 

    public static void main(String[] args) 
        Number [] numbers = new Object();
        Arrays.stream(numbers).forEach(System.out::print);
    

这里我们把数组元素换成Object类，即所有类的父类，希望是可以通过父类来覆盖代替子类，但是直接编译报错，说明数组是不支持直接逆变的

Error:(17, 30) java: 不兼容的类型: java.lang.Object无法转换为java.lang.Number

数组不支持直接逆变，那么是否可以接见的实现逆变的,这里我么就要用到多态里的一种，强制多态，即强制类型转化试试

package com.liruilong;

import java.util.Arrays;

/**
 * @Project_name: workspack
 * @Package: com.liruilong
 * @Description:
 * @Author: [e-mail]
 * @WeChat_Official_Accounts: 山河已无恙
 * @blog: https://liruilong.blog.csdn.net/
 * @Date: 2022/2/11  1:18
 */
public class CovariantDemo 
    class A 

    
    class B extends A
      
    

    public static void main(String[] args) 
        A a = new CovariantDemo().new A();
        B [] bs = (B) a;
        Arrays.stream(bs).forEach(System.out::print);
    

类型转化报错。说明对于数组的逆变来讲，是不支持逆变的，将父类强制转化为子类报类型转化异常，java并没有对这方面做限制。

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.liruilong.CovariantDemo$A cannot be cast to com.liruilong.CovariantDemo$B
	at com.liruilong.CovariantDemo.main(CovariantDemo.java:24)

Process finished with exit code 1

通过上面代码，我们可以知道数组支持协变，不支持逆变，那泛型呢？对于协变和逆变是否支持

泛型不支持协变也不支持逆变，即不能把一个父类对象赋值给一个子类类型变量，相反也是同理。

下面我们看看代码

package com.liruilong;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @Project_name: workspack
 * @Package: com.liruilong
 * @Description:
 * @Author: [e-mail]
 * @WeChat_Official_Accounts: 山河已无恙
 * @blog: https://liruilong.blog.csdn.net/
 * @Date: 2022/2/11  1:18
 */
public class CovariantDemo 
    public static void main(String[] args) 
        List<Number> ln = new ArrayList<Integer>();
    

java为了保证运行期的安全性,必须保证泛型参数类型是固定的，所以它不允许一个泛型参数可以同时包含两种类型，即使为父子关系也不行。所以直接编译报错,即泛型不支持协变也不支持逆变.

Error:(17, 27) java: 不兼容的类型: java.util.ArrayList<java.lang.Integer>无法转换为java.util.List<java.lang.Number>

但可以使用通配符(Wildcard)模拟协变逆变,通配符在编译期有效，在运行期必须为一个明确的类型

package com.liruilong;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @Project_name: workspack
 * @Package: com.liruilong
 * @Description:
 * @Author: [e-mail]
 * @WeChat_Official_Accounts: 山河已无恙
 * @blog: https://liruilong.blog.csdn.net/
 * @Date: 2022/2/11  1:18
 */
public class CovariantDemo 
    public static void main(String[] args) 
        List< ? extends Number > list = new ArrayList<Integer>();
    

即Number的子类型都可以为泛型类型参数，即允许NUmber所有的子类作为泛型参数类型，在运行期为一个具体的值.编译没有报错

Process finished with exit code 0

逆变同样也是可以，即泛型可以通过super和extends来模拟实现协变和逆变，但是本身是不存在协变和逆变的，这里主要利用了泛型在编译器有效

List< ? super Integer> li = new ArrayList<Number>();

关于协变逆变就和小伙伴分享到这里，嗯，还有协变逆变方法，这里要简单说明下

协变方法: 即子类的方法返回值的类型比父类方法要窄，即该方法为协变方法，也称多态,覆写,重写。

//子类的doStuff()方法返回值的类型比父类方法要窄，即该方法为协变方法，也称多态。
    class A
        public  Number doStuff()
            return 0;
        
    
    class B extends A
        @Override
        public  Integer doStuff()
            return 0;
        
    

逆变方法：子类的方法返回值的类型比父类方法宽，此时为逆变方法。虽然子类扩大了父类的输入返回参数，但是这里已经是重载了。

//子类的doSutff方法返回值的类型比父类方法宽，此时为逆变方法，
    class C 

        public Integer doStuff(Integer i) 
            return 0;
        

    

    class D extends C 

        public Number doStuff(Number i) 
            return 0;