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【Java】泛型 之 extends通配符

来自网友在路上 178878提问 提问时间:2023-09-26 17:53:20阅读次数: 78

最佳答案 问答题库788位专家为你答疑解惑

我们前面已经讲到了泛型的继承关系:Pair<Integer>不是Pair<Number>的子类。

假设我们定义了Pair<T>:

public class Pair<T> { ... }

然后,我们又针对Pair<Number>类型写了一个静态方法,它接收的参数类型是Pair<Number>

public class PairHelper {static int add(Pair<Number> p) {Number first = p.getFirst();Number last = p.getLast();return first.intValue() + last.intValue();}
}

上述代码是可以正常编译的。使用的时候,我们传入:

int sum = PairHelper.add(new Pair<Number>(1, 2));

注意:传入的类型是Pair<Number>,实际参数类型是(Integer, Integer)

既然实际参数是Integer类型,试试传入Pair<Integer>

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);int n = add(p);System.out.println(n);}static int add(Pair<Number> p) {Number first = p.getFirst();Number last = p.getLast();return first.intValue() + last.intValue();}}class Pair<T> {private T first;private T last;public Pair(T first, T last) {this.first = first;this.last = last;}public T getFirst() {return first;}public T getLast() {return last;}
}

直接运行,会得到一个编译错误:

incompatible types: Pair<Integer> cannot be converted to Pair<Number>

原因很明显,因为Pair<Integer>不是Pair<Number>的子类,因此,add(Pair<Number>)不接受参数类型Pair<Integer>

但是从add()方法的代码可知,传入Pair<Integer>是完全符合内部代码的类型规范,因为语句:

Number first = p.getFirst();
Number last = p.getLast();

实际类型是Integer,引用类型是Number,没有问题。问题在于方法参数类型定死了只能传入Pair<Number>

有没有办法使得方法参数接受Pair<Integer>?办法是有的,这就是使用Pair<? extends Number>使得方法接收所有泛型类型为Number或Number子类的Pair类型。我们把代码改写如下:

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);int n = add(p);System.out.println(n);}static int add(Pair<? extends Number> p) {Number first = p.getFirst();Number last = p.getLast();return first.intValue() + last.intValue();}}class Pair<T> {private T first;private T last;public Pair(T first, T last) {this.first = first;this.last = last;}public T getFirst() {return first;}public T getLast() {return last;}
}

这样一来,给方法传入Pair<Integer>类型时,它符合参数Pair<? extends Number>类型。这种使用<? extends Number>的泛型定义称之为上界通配符(Upper Bounds Wildcards),即把泛型类型T的上界限定在Number了。

除了可以传入Pair<Integer>类型,我们还可以传入Pair<Double>类型,Pair<BigDecimal>类型等等,因为Double和BigDecimal都是Number的子类。

如果我们考察对Pair<? extends Number>类型调用getFirst()方法,实际的方法签名变成了:

<? extends Number> getFirst();
即返回值是Number或Number的子类,因此,可以安全赋值给Number类型的变量:

Number x = p.getFirst();
然后,我们不可预测实际类型就是Integer,例如,下面的代码是无法通过编译的:

Integer x = p.getFirst();
这是因为实际的返回类型可能是Integer,也可能是Double或者其他类型,编译器只能确定类型一定是Number的子类(包括Number类型本身),但具体类型无法确定。

我们再来考察一下Pair<T>的set方法:

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);int n = add(p);System.out.println(n);}static int add(Pair<? extends Number> p) {Number first = p.getFirst();Number last = p.getLast();p.setFirst(new Integer(first.intValue() + 100));p.setLast(new Integer(last.intValue() + 100));return p.getFirst().intValue() + p.getFirst().intValue();}}class Pair<T> {private T first;private T last;public Pair(T first, T last) {this.first = first;this.last = last;}public T getFirst() {return first;}public T getLast() {return last;}public void setFirst(T first) {this.first = first;}public void setLast(T last) {this.last = last;}
}

不出意外,我们会得到一个编译错误:

incompatible types: Integer cannot be converted to CAP#1
where CAP#1 is a fresh type-variable:CAP#1 extends Number from capture of ? extends Number```
编译错误发生在`p.setFirst()`传入的参数是`Integer`类型。有些童鞋会问了,既然p的定义是`Pair<? extends Number>`,那么`setFirst(? extends Number)`为什么不能传入`Integer`?原因还在于擦拭法。如果我们传入的p是`Pair<Double>`,显然它满足参数定义`Pair<? extends Number`>,然而,`Pair<Double>`的`setFirst()`显然无法接受`Integer`类型。这就是`<? extends Number>`通配符的一个重要限制:方法参数签名`setFirst(? extends Number)`无法传递任何`Number`的子类型给`setFirst(? extends Number)`。这里唯一的例外是可以给方法参数传入null:
```java
p.setFirst(null); // ok, 但是后面会抛出NullPointerException
p.getFirst().intValue(); // NullPointerException

extends通配符的作用

如果我们考察Java标准库的java.util.List<T>接口,它实现的是一个类似“可变数组”的列表,主要功能包括:

public interface List<T> {int size(); // 获取个数T get(int index); // 根据索引获取指定元素void add(T t); // 添加一个新元素void remove(T t); // 删除一个已有元素
}

现在,让我们定义一个方法来处理列表的每个元素:

int sumOfList(List<? extends Integer> list) {int sum = 0;for (int i=0; i<list.size(); i++) {Integer n = list.get(i);sum = sum + n;}return sum;
}

为什么我们定义的方法参数类型是List<? extends Integer>而不是List<Integer>?从方法内部代码看,传入List<? extends Integer>或者List<Integer>是完全一样的,但是,注意到List<? extends Integer>的限制:

允许调用get()方法获取Integer的引用;
不允许调用set(? extends Integer)方法并传入任何Integer的引用(null除外)。
因此,方法参数类型List<? extends Integer>表明了该方法内部只会读取List的元素,不会修改List的元素(因为无法调用add(? extends Integer)、remove(? extends Integer)这些方法。换句话说,这是一个对参数List<? extends Integer>进行只读的方法(恶意调用set(null)除外)。

使用extends限定T类型

在定义泛型类型Pair<T>的时候,也可以使用extends通配符来限定T的类型:

public class Pair<T extends Number> { ... }```
现在,我们只能定义:
```java
Pair<Number> p1 = null;
Pair<Integer> p2 = new Pair<>(1, 2);
Pair<Double> p3 = null;

因为Number、IntegerDouble都符合<T extends Number>

Number类型将无法通过编译:

Pair<String> p1 = null; // compile error!
Pair<Object> p2 = null; // compile error!

因为StringObject都不符合<T extends Number>,因为它们不是Number类型或Number的子类。

小结

使用类似<? extends Number>通配符作为方法参数时表示:

方法内部可以调用获取Number引用的方法,例如:Number n = obj.getFirst();

方法内部无法调用传入Number引用的方法(null除外),例如:obj.setFirst(Number n);

即一句话总结:使用extends通配符表示可以读,不能写。

使用类似<T extends Number>定义泛型类时表示:

泛型类型限定为Number以及Number的子类。

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