一文详解泛型:无界通配符、上界通配符、下界通配符

泛型

泛型就是类型参数化,处理的数据类型不是固定的,而是可以作为参数传入。
泛型是计算机程序中一种重要的思维方式,它将数据结构和算法与数据类型分离,使得同一套数据结构和算法能够应用于各种数据类型,且能保证类型安全,提高可读性。
[TOC]

一、Java泛型的实现原理 和好处

泛型是jdk5以后才支持的,是通过类型擦除在编译期间实现的,类型定义中的类型参数T会被替换成Object。Java虚拟机对泛型一无所知。这种设计是为了兼容而不得已的一种选择。
使用泛型的好处:

  • 更好的安全性,确保类型安全(不会用错类型),开发环境就能发现一些类型问题。
  • 更好的可读性

二、泛型的分类

  1. 泛型类
public class ArrayList<T>{}
  1. 泛型方法
public <U,V> U int get(U[] arr,V ele){}
  1. 泛型接口
    实现接口时必须指定泛型的具体类型
public class A implements B<T>{}

三、泛型类型限定: 具体限定&通配符限定(有限定通配符/无限定通配符)

泛型限定分类.png

对泛型类型的限定分为两种。一种是具体限定<T extends List>,一种是使用通配符限定<? extends ArrayList> 、<? super ArrayList>、<?>

  • 具体限定:具体限定只能使用extends关键字做上界限定,不能做下届限定
  • 通配符限定:通配符限定可以使用extendssuper分别做上界下届的限定。
    或者直接使用<?>,前两种叫有限定通配符,后面一种叫无限定通配符。

四、泛型限定:具体限定<T extends E> 上界是类/接口/另一个泛型

  • 具体限定只能使用extends关键字限制上界,不能使用super限定下界。
  • 使用上界限定泛型的类型后,编译时类型擦除就不会转为Object而是转为限定的类。
  1. 上界是具体的类:<T extend List>
    泛型可以通过extends A 来限制泛型的上界类型为A。

  2. 上界是接口:<T extends 接口I>
    上界是接口的泛型是要求实际的类型必须继承某个接口I。
    于是可能就会出现类似这样的语法

    public static <T extends Comparable<T> T max(T[] arr)>{}

<T extends Comparable<T>是一种令人费解的语法形式,这种形式称为递归类型限制
可以这么理解:T表示一种数据类型,必须实现Comparable接口,且必须可以与相同类型的元素进行比较

  1. 上界是另一个泛型<T extends E>
    泛型还可以继承另一个泛型来限定泛型的类型。

五、泛型限定:通配符限定

泛型的通配符都是为了使方法接口更为灵活,使之可以接受更为广泛的类型。
通配符相关的两个概念:通配符(Wildcards) 边界(Bounds)

  • <? extends T> 是指上界通配符(Upper Bounds Wildcards),用来限定泛型的上界。
  • <? super T> 是指下界通配符(Lower Bounds Wildcards),用来限定泛型的下界。
  • <?> 前两种上界通配符下届通配符统称为有限定通配符,<?>叫无限定通配符

为什么要用通配符和边界?
泛型使用过程中会出现一种很别扭的情况,这里举一个例子,我们有 Fruit 类和它的子类 Orange。

class Fruit extends Food{}
class Orange extends Fruit{}

以及一个容器类Basket。Basket类中可以放一个泛型的东东T,有两个方法:放set()和取get()。

class Basket<T>{
    private T item;
    public void set(T t){item =t;}
    public T get(){return item;}
}

现在我们定义一个"Fruit Basket 水果篮子"。
按照现实逻辑,Orange Basket当然是Fruit Basket 的一种。
按照Java中父类和子类的使用规范,子类Orange Basket当然可以赋值给父类Fruit Basket。

 //ide报错,类型无法转换
 // Basket<Fruit> fruitBasket = new Basket<Orange>();

然而这种IDE会报错报错:“Orange Basket”无法转换成“Fruit Basket”。
Orange和Fruit是父子关系,但是相应的Basket却不是父子关系。

5.1 有限定通配符:上界通配符 <? extends List>

但是我们又常常希望这样使用,于是Java中使用上界通配符来处理这种关系:

    Basket<? extends Fruit> fruitBasket = new Basket<Orange>();

上界通配符匹配一个类及其所有子类,匹配范围示意图:


泛型_UpperBoundsWildcards.png

5.2 有限定通配符:下界通配符 <? super Fruit>

反过来思考,把Fruit Basket 赋值给Food Basket是否可以?Java中使用下界通配符来处理这种关系:

   Basket<? super Fruit> orangeBasket = new Basket<Food>();

下界通配符匹配一个类及其所有的父类,覆盖范围示意图:


泛型_LowerBoundsWildcards.png

5.3 无限定通配符 <?>

无限定通配符:

public void indexOf(List<?> arr){}

这种无限定通配符可以转换成类型参数具体限定

public <T> void indexOf(List<T> arr){}

上下界通配符的副作用

  • 上界通配符 <? extends T> 不能往里存,只能往外取。因为如果支持存入则会破坏类型安全。

通配符<?>和类型参数<T>的区别是,对于编译器来说所有的T都代表同一种类型,但是通配符则表示篮子里放了东西,是什么不知道。

  • 下界通配符<? super T> 能存,能取,但取得部分功能被限制,取出来得东西只能放到Object类中。
  1. 下界通配符使对象可以写入父类的容器(不好理解啊)。
  2. 使得父类型的比较方法可以应用于子类型。

使用上下界通配符得原则 PECS(Producer Extends Consumer Super)原则

Producer Extends Consumer Super:工厂使用extends,消费者使用super

  1. 频繁set的内容,适合用下界通配符<? super T>,因为上界通配符不支持写入
  2. 频繁get的内容,适合用上界通配符 <? extends T>,因为下届通配符会返回Object,每次转换很麻烦。
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