深入Java泛型（三泛型的上下边界）

Posted 2023-02-28 持续学习刻意练习

第一章深入Java泛型

• 三、泛型的上下边界
• • 3.1 <? extends E>：上界通配符（Upper Bounds Wildcards）
  • 3.2 <? super E>：下界通配符（Lower Bounds Wildcards）
  • 3.3 上下通配符的副作用

三、泛型的上下边界

? extend E 是泛型的上边界，? super T 是泛型的下边界。

无论是设定通配符上限还是下限，都是不能操作与对象有关的方法，只要涉及到了通配符，它的类型都是不确定的！

<? 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）”

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i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。

class Plate<T> 
    private T item;

    public Plate(T t)  item = t; 

    public void set(T t)  item = t; 

    public T get()  return 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”。

error: incompatible types: Plate<Apple> cannot be converted 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 的引用传递给 Plate。

为了让泛型使用起来更舒服，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。

3.1 <? extends E>：上界通配符（Upper Bounds Wildcards）

下面代码就是“上界通配符（Upper Bounds Wildcards）”：

Plate<? extends Fruit>

翻译成人话就是：一个能放水果以及以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<? extends Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

如果把 Fruit 和 Apple 的例子再扩展以下，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，苹果还有两种包括青苹果和红苹果。

//Lev 1
class Food

// Lev 2
class Fruit extends Food
class Meat extends Foot

// Lev 3
class Apple extends Fruit
class Banana extends Fruit
class Pork extends Fruit
class Beef extends Fruit

// Lev 4
class RedApple 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：

3.2 <? super E>：下界通配符（Lower Bounds Wildcards）

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：

3.3 上下通配符的副作用

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。

class Plate<T> 
    private T item;

    public Plate(T t)  item = t; 

    public void set(T t)  item = t; 

    public T get()  return item; 

上界 <? extends T> 不能往里存，只能往外取。

<? extends Fruit> 会使盘子里放东西的 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> p = new Plate(new Apple()); // 不能存入任何元素 p.set(new Fruit());// Error p.set(new Apple());// Error // 读取出来的东西只能存放在 Fruit 或它的基类里。 Fruit newFruit1 = p.get(); Object newFruit2 = p.get(); Apple newFruit3 = p.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。

所以，Plate<? extends Fruit> 里什么都放不进去。

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> p = new Plate<Fruit>(new Fruit);

// 存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());

// 读取出来的东西只能存放在 Object 类里
Fruit newFriut1 = p.get();// Error
Object newFruit2 = p.get();
Apple newFruit3 = p.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（Producer Extends Consumer Super）原则：

• 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