Java中的逆变与协变

Posted 2022-02-12 OkidoGreen

看下面一段代码

Number num = new Integer(1);  
ArrayList<Number> list = new ArrayList<Integer>(); //type mismatch

List<? extends Number> list = new ArrayList<Number>();
list.add(new Integer(1)); //error
list.add(new Float(1.2f));  //error

有人会纳闷，为什么Number的对象可以由Integer实例化，而ArrayList<Number>的对象却不能由ArrayList<Integer>实例化？list中的<? extends Number>声明其元素是Number或Number的派生类，为什么不能add Integer和Float?为了解决这些问题，我们需要了解Java中的逆变和协变以及泛型中通配符用法。

1. 逆变与协变

在介绍逆变与协变之前，先引入Liskov替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP）。

Liskov替换原则

LSP由Barbara Liskov于1987年提出，其定义如下：

所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。

LSP包含以下四层含义：

• 子类完全拥有父类的方法，且具体子类必须实现父类的抽象方法。
• 子类中可以增加自己的方法。
• 当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的形参要比父类方法的更为宽松。
• 当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的返回值要比父类更严格。

前面的两层含义比较好理解，后面的两层含义会在下文中详细解释。根据LSP，我们在实例化对象的时候，可以用其子类进行实例化，比如：

Number num = new Integer(1); 

定义

逆变与协变用来描述类型转换（type transformation）后的继承关系，其定义：如果 A A、 B B表示类型， f(⋅) f(⋅)表示类型转换， ≤ ≤表示继承关系（比如， A≤B A≤B表示 A A是由 B B派生出来的子类）；

• f(⋅) f(⋅)是逆变（contravariant）的，当 A≤B A≤B时有 f(B)≤f(A) f(B)≤f(A)成立；
• f(⋅) f(⋅)是协变（covariant）的，当 A≤B A≤B时有 f(A)≤f(B)成立 f(A)≤f(B)成立；
• f(⋅) f(⋅)是不变（invariant）的，当 A≤B A≤B时上述两个式子均不成立，即 f(A) f(A)与 f(B) f(B)相互之间没有继承关系。

类型转换

接下来，我们看看Java中的常见类型转换的协变性、逆变性或不变性。

泛型

令f(A)=ArrayList<A>，那么 f(⋅) f(⋅)时逆变、协变还是不变的呢？如果是逆变，则ArrayList<Integer>是ArrayList<Number>的父类型；如果是协变，则ArrayList<Integer>是ArrayList<Number>的子类型；如果是不变，二者没有相互继承关系。开篇代码中用ArrayList<Integer>实例化list的对象错误，则说明泛型是不变的。

数组

令f(A)=[]A，容易证明数组是协变的：

Number[] numbers = new Integer[3]; 

方法

方法的形参是协变的、返回值是逆变的：

---

通过与网友iamzhoug37的讨论，更新如下。

调用方法result = method(n)；根据Liskov替换原则，传入形参n的类型应为method形参的子类型，即typeof(n)≤typeof(method's parameter)；result应为method返回值的基类型，即typeof(methods's return)≤typeof(result)：

static Number method(Number num) 
    return 1;


Object result = method(new Integer(2)); //correct
Number result = method(new Object()); //error
Integer result = method(new Integer(2)); //error

在Java 1.4中，子类覆盖（override）父类方法时，形参与返回值的类型必须与父类保持一致：

class Super 
    Number method(Number n)  ... 


class Sub extends Super 
    @Override 
    Number method(Number n)  ... 

从Java 1.5开始，子类覆盖父类方法时允许协变返回更为具体的类型：

Java中的逆变与协变

 Java中的逆变与协变
 Java中的逆变与协变 很直接不饶弯的讲出来了
 [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？
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 JAVA中的协变与逆变