Java泛型之协变、逆变、extends与super选择方法

要了解协变与逆变，首先要引入：

根据 Liskov替换原则，如果C是P的子类，则P可以代替C，即 P p = new C();
C继承于P，记做为 C < P

什么是不变

如果F是不变，当 C <= P 时，那么 F(C) 和 F(P) 没有任何继承关系

除例如 Integer是 Number的子类，根据 Liskov替换原则

Number number = new Integer(1);  //correct

但是如果这样写就会报错

List<Number> list = new ArrayList<Integer>(1);  //error

虽然 Number和 Integer存在继承关系：Integer < Number, 但在Java里，泛型默认是不变的， 因此也可以看作为 List<Number> 和List<Integer> 不存在任何继承关系

什么是协变

如果F是协变的，当 C <= P 时，那么 F(C) <= F(P)

Java 提供了一个extends来将不变转为协变，例如：

List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>(1);  //corrent

此时的List<? extends Number>可以看作为ArrayList<Integer>的父类

? extend Number可以看作为一个类型范围，表示Number的某一个子类

数组默认是协变的

Number[] numbers = new Integer[3];

什么是逆变

如果F是逆变的，当 C <= P 时，那么 F(C) >= F(P)

Java 提供了一个super来将不变转为协变，例如：

List<? super Number> list = new ArrayList<Object>(1);  //corrent

此时的 List<? super Number>可以看作为 ArrayList<Object>的父类

extends 和 super

首先，我们看看Collection.add的实现：

public interface List<E> extends Collection<E> { boolean add(E e); }

下面代码将会报错？? extends Number与Integer类型不匹配

List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>(); // correct
list.add(Integer.valueOf(1));  //error

首先在调用add方法时，泛型E自动变成了<? extends Number>

第二行报错，也就是说? extends Number不是Integer的父类。这里要将 List<? extends Number>是ArrayList<Integer>的父类区分开。

? extends Number可以看作为一个类型范围中某一个类型，表示Number的某一个子类，但又没明确是哪个子类，可能是Float，可能是Short，也可能是Integer的子类（Integer被final修饰，不可能有子类，这里只是一种假设情况），它只确定了它的上界为 Number，并没有确定下界（有可能存在? extends Number< Integer），因此 ? extends Number不是Integer的父类

将上面代码稍做修改就正确了：

List<? super Number> list = new ArrayList<Object>(); // correct
list.add(Integer.valueOf(1));  //correct

首先因为逆变，List<? super Number>是ArrayList<Object>的父类，第一行正确。

第二行： ? super Number是Integer的父类，原因是：? super Number表示Number的某一个父类，可能是Serializable也可能是 Object 但不管是哪个，Number的父类一定是Integer的父类，因此第二行也正确

使用extends还是super呢

java.util.Collections的copy方法(JDK1.7)给了我们答案：

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
    int srcSize = src.size();
    if (srcSize > dest.size())
        throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");

    if (srcSize < COPY_THRESHOLD ||
        (src instanceof RandomAccess && dest instanceof RandomAccess)) {
        for (int i=0; i<srcSize; i++)
            dest.set(i, src.get(i));
    } else {
        ListIterator<? super T> di=dest.listIterator();
        ListIterator<? extends T> si=src.listIterator();
        for (int i=0; i<srcSize; i++) {
            di.next();
            di.set(si.next());
        }
    }
}

• 要从泛型类取数据时，用extends；

• 要往泛型类写数据时，用super；

• 既要取又要写，就不用通配符（即extends与super都不用）

private static <E> E getFirst(List<? extends E> list){
    return list.get(0);
}

private static <E> void setFirst(List<? super E> list, E firstElement){
    list.add(firstElement);
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
    setFirst(list, 1);
    Number number = getFirst(list);
}

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