Java泛型之通配符

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使用通配符的緣由：Java中的數組是協變的，可是泛型不支持協變。

數組的協變

首先了解下什麼是數組的協變，看下面的例子：

Number[] nums = new Integer[10]; // OK

由於Integer是Number的子類，一個Integer對象也是一個Number對象，因此一個Integer的數組也是一個Number的數組，這就是數組的協變。

Java把數組設計成協變的，在必定程度上是有缺陷的。由於儘管把Integer[]賦值給Number[]，Integer[]能夠向上轉型爲Number[]，可是數據元素的實際類型是Integer，只能向數組中放入Integer或者Integer的子類。若是向數組中放入Number對象或者Number其餘子類的對象，對於編譯器來講也是能夠經過編譯的。可是運行時JVM可以知道數組元素的實際類型是Integer，當其它對象加入數組是就會拋出異常（java.lang.ArrayStoreException）。

泛型的設計目的之一就是保證了類型安全，讓這種運行時期的錯誤在編譯期就能發現，因此泛型是不支持協變的。例如：

List<Number> nums = new ArrayList<Integer>(); // incompatible types

當確實須要創建這種向上轉型的類型關係的時候，就須要用到泛型的通配符特性了。例如：

List<? extends Number> nums = new ArrayList<Integer>(); // OK

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無邊界通配符（Unbounded Wildcards）

語法：

class-name<?> var-name

例子：

public static void print(List<?> list) {
    for (Object obj : list) {
        System.out.println(o);
    }
}

List<?> list和List list的區別：

• List<?> list是表示持有某種特定類型對象的List，可是不知道是哪一種類型；List list是表示持有Object類型對象的List。
• List<?> list由於不知道持有的實際類型，因此不能add任何類型的對象，可是List list由於持有的是Object類型對象，因此能夠add任何類型的對象。
  注意：List<?> list能夠add(null)，由於null是任何引用數據類型都具備的元素。

Pair<?> 和 Pair 的區別：

• Pair<?>的  ? getFirst()方法，返回值只能賦值給一個Object對象，它的void setFirst(? )方法不能被調用，甚至不能用Object調用。

• 爲何要使用這樣脆弱的類型？它對於許多簡單的操做很是有用。例如 ，下面這個方法將用來測試一個 pair 是否包含一個 mill 引用，它不須要實際的類型。
  public static boolean hasNulls (Pair<?> p)
  {
      return p.getFirstO = null | | p.getSecondO = null ;
  }
  經過將 hasNulls 轉換成泛型方法,能夠避免使用通配符類型：
  public static <T> boolean hasNulls (Pair<T> p)
  可是，帶有通配符的版本可讀性更強。

   

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上邊界限定的通配符（Upper Bounded Wildcards）

語法：

class-name<? extends superclass> var-name

例子：

public static double sum(List<? extends Number> list) {
    double s = 0.0;
    for (Number num : list) {
        s += num.doubleValue();
    }
    
    return s;
}

List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>(); // OK
List<? extends Number> list = new ArrayList<Object>(); // error

特性：

• List<? extends Number> list表示某種特定類型（Number或者Number的子類）對象的List。跟無邊界通配符同樣，由於沒法肯定持有的實際類型，因此這個List也不能add除null外的任何類型的對象。

list.add(new Integer(1)); // error
list.add(null); // OK

• 從list中獲取對象是是能夠的（好比get(0)），由於在這個List中，無論實際類型是什麼，但確定都能轉型爲Number。

Number n = list.get(0); // OK
Integer i = list.get(0); // error

• 事實上，只要是形式參數有使用類型參數的方法，在使用無邊界或者上邊界限定的通配符的狀況下，都不能調用。好比以java.util.ArrayList爲例：

public E get(int index) // 能夠調用 public int indexOf(Object o) // 能夠調用 public boolean add(E e) // 不能調用 

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下邊界限定的通配符（Lower Bounded wildcards）

語法：

class-name<? super subclass> var-name

例子：

public static void writeTo(List<? super Integer> list) {
    // ...
}

List<? super Number> list = new ArrayList<Number>(); // OK
List<? super Number> list = new ArrayList<Object>(); // OK
List<? super Number> list = new ArrayList<Integer>(); // error

特性：

• List<? super Integer> list表示某種特定類型（Integer或者Integer的父類）對象的List。能夠肯定這個List持有的對象類型確定是Integer或者其父類，因此往list裏面add一個Integer或者其子類的對象是安全的，由於Integer或者其子類的對象均可以向上轉型爲Integer的父類對象。可是由於沒法肯定實際類型，因此往list裏面add一個Integer的父類對象是不安全的。

list.add(new Integer(1)); // OK
list.add(new Object()); // error

• 當從List<? super Integer> list獲取具體的數據的時候，JVM在編譯的時候知道實際類型能夠是任何Integer的父類，因此爲了安全起見，要用一個最頂層的父類對象來指向取出的數據，這樣就能夠避免發生強制類型轉換異常了。

Object obj = list.get(0); // OK
Integer i = list.get(0); // error

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PECS原則（Producer Extends Consumer Super）

從上面上邊界限定的通配符和下邊界限定的通配符的特性，能夠知道：

• 對於上邊界限定的通配符，沒法向其中加入任何對象，可是能夠從中正常取出對象。
• 對於下邊界限定的通配符，能夠存入subclass對象或者subclass的子類對象，可是取出時只能用Object類型變量指向取出的對象。

簡而言之，上邊界限定（extends）的通配符適合於內容的獲取，而下邊界限定（super）的通配符更適合於內容的存入。因此就有了一個PECS原則來很好的解釋這兩種通配符的使用原則。

• 當一個數據結構做爲producer對外提供數據的時候，應該只能取數據而不能存數據，因此適合使用上邊界限定（extends）的通配符。
• 當一個數據結構做爲consumer獲取並存入數據的時候，應該只能存數據而不能取數據，因此適合使用下邊界限定（super）的通配符。
• 若是既須要取數據也須要存數據，就不適合使用泛型的通配符。

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
    for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
        dest.set(i, src.get(i));
    }
}