extends通配符

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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NumberNumber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DoubleBigDecimal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NumberNumber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>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pPair<Double>,显然它满足参数定义Pair<? extends Number>,然而,Pair<Double>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类型给setFirst(? extends Number)

这里唯一的例外是可以给方法参数传入null

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:

Pair<Number> p1 = null;
Pair<Integer> p2 = new Pair<>(1, 2);
Pair<Double> p3 = null;

因为NumberIntegerDouble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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