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Java 泛型解惑之<? extends T>和<? super T>

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Java 面试源码

1 为什么要用通配符和边界？

使用泛型的过程中，经常出现一种很别扭的情况
比如我们有Fruit类，和它的派生类Apple

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}

然后有一个最简单的容器：Plate类
盘子里可以放一个泛型的“东西”
我们可以对这个东西做最简单的“放”和“取”的动作：*set( )和get( )*方法

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

现定义一个“水果盘”，逻辑上水果盘当然可以装苹果

Plate<Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

但实际上Java编译器不允许这个操作。会报错，“装苹果的盘子”无法转换成“装水果的盘子”。

error: incompatible types: Plate<Apple> cannot be converted to Plate<Fruit>

实际上，编译器认定的逻辑是这样的：

苹果 IS-A 水果
装苹果的盘子 NOT-IS-A 装水果的盘子

所以，就算容器里装的东西之间有继承关系，但容器之间是没有继承关系
所以我们不可以把Plate的引用传递给Plate

为了让泛型用起来更舒服，Sun的大师们就想出了<? extends T>和<? super T>的办法，来让”水果盘子“和”苹果盘子“之间发生正当关系

2 上界

下面就是上界通配符（Upper Bounds Wildcards）

Plate<？ extends Fruit>

一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子
再直白点就是：啥水果都能放的盘子
这和我们人类的逻辑就比较接近了
Plate<？ extends Fruit>和Plate最大的区别就是：Plate<？ extends Fruit>是Plate及Plate的基类
直接的好处就是，我们可以用“苹果盘”给“水果盘”赋值了

Plate<? extends Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

再扩展一下，食物分成水果和肉类，水果有苹果和香蕉，肉类有猪肉和牛肉，苹果还有两种青苹果和红苹果

//Lev 1
class Food{}

//Lev 2
class Fruit extends Food{}
class Meat extends Food{}

//Lev 3
class Apple extends Fruit{}
class Banana extends Fruit{}
class Pork extends Meat{}
class Beef extends Meat{}

//Lev 4
class RedApple extends Apple{}
class GreenApple extends Apple{}

在这个体系中，上界通配符Plate<？ extends Fruit>覆盖下图中蓝色的区域

3 下界

相对应的下界通配符（Lower Bounds Wildcards）

Plate<？ super Fruit>

表达的就是相反的概念：一个能放水果以及一切是水果基类的盘子
Plate<？ super Fruit>是Plate的基类，但不是Plate的基类
对应刚才那个例子，Plate<？ super Fruit>覆盖下图中红色的区域。

4 上下界通配符的副作用

边界让Java不同泛型之间的转换更容易了。但不要忘记，这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。

还是以刚才的Plate为例。我们可以对盘子做两件事，往盘子里set( )新东西，以及从盘子里get( )东西

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

4.1 上界<? extends T>不能往里存，只能往外取

<? extends Fruit>会使往盘子里放东西的set( )方法失效
但取东西get( )方法还有效

比如下面例子里两个set()方法，插入Apple和Fruit都报错

Plate<? extends Fruit> p = new Plate<Apple>(new Apple());

//不能存入任何元素
p.set(new Fruit());    //Error
p.set(new Apple());    //Error

//读取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里。
Fruit newFruit1=p.get();
Object newFruit2=p.get();
Apple newFruit3=p.get();    //Error

编译器只知道容器内是Fruit或者它的派生类，但具体是什么类型不知道
可能是Fruit？可能是Apple？也可能是Banana，RedApple，GreenApple？编译器在看到后面用Plate赋值以后，盘子里没有被标上有“苹果”。而是标上一个占位符：capture#1，来表示捕获一个Fruit或Fruit的子类，具体是什么类不知道，代号capture#1
然后无论是想往里插入Apple或者Meat或者Fruit编译器都不知道能不能和这个capture#1匹配，所以就都不允许

所以通配符<?>和类型参数的区别就在于，对编译器来说所有的T都代表同一种类型
比如下面这个泛型方法里，三个T都指代同一个类型，要么都是String，要么都是Integer…

public <T> List<T> fill(T... t);

但通配符<?>没有这种约束，Plate<?>单纯的就表示：盘子里放了一个东西，是什么我不知道

4.2 下界<? super T>不影响往里存，但往外取只能放在Object对象里

使用下界<? super Fruit>会使从盘子里取东西的get( )方法部分失效，只能存放到Object对象里。set( )方法正常。

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());

//存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());

//读取出来的东西只能存放在Object类里。
Apple newFruit3=p.get();    //Error
Fruit newFruit1=p.get();    //Error
Object newFruit2=p.get();

因为下界规定了元素的最小粒度的下限，实际上是放松了容器元素的类型控制
既然元素是Fruit的基类，那往里存粒度比Fruit小的都可以。但往外读取元素就费劲了，只有所有类的基类Object对象才能装下。但这样的话，元素的类型信息就全部丢失。