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super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。

考察下面的set方法:

void set(Pair<Integer> p, Integer first, Integer last) {
    p.setFirst(first);
    p.setLast(last);
}

传入Pair<Integer>是允许的,但是传入Pair<Number>是不允许的。

extends通配符相反,这次,我们希望接受Pair<Integer>类型,以及Pair<Number>Pair<Object>,因为NumberObjectInteger的父类,setFirst(Number)setFirst(Object)实际上允许接受Integer类型。

我们使用super通配符来改写这个方法:

void set(Pair<? super Integer> p, Integer first, Integer last) {
    p.setFirst(first);
    p.setLast(last);
}

注意到Pair<? super Integer>表示,方法参数接受所有泛型类型为IntegerInteger父类的Pair类型。

下面的代码可以被正常编译:

public class Main {
----
    public static void main(String[] args) {
        Pair<Number> p1 = new Pair<>(12.3, 4.56);
        Pair<Integer> p2 = new Pair<>(123, 456);
        setSame(p1, 100);
        setSame(p2, 200);
        System.out.println(p1.getFirst() + ", " + p1.getLast());
        System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());
    }

    static void setSame(Pair<? super Integer> p, Integer n) {
        p.setFirst(n);
        p.setLast(n);
    }
----
}

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;
    }
}

考察Pair<? super Integer>setFirst()方法,它的方法签名实际上是:

void setFirst(? super Integer);

因此,可以安全地传入Integer类型。

再考察Pair<? super Integer>getFirst()方法,它的方法签名实际上是:

? super Integer getFirst();

这里注意到我们无法使用Integer类型来接收getFirst()的返回值,即下面的语句将无法通过编译:

Integer x = p.getFirst();

因为如果传入的实际类型是Pair<Number>,编译器无法将Number类型转型为Integer

注意:虽然Number是一个抽象类,我们无法直接实例化它。但是,即便Number不是抽象类,这里仍然无法通过编译。此外,传入Pair<Object>类型时,编译器也无法将Object类型转型为Integer

唯一可以接收getFirst()方法返回值的是Object类型:

Object obj = p.getFirst();

因此,使用<? super Integer>通配符表示:

  • 允许调用set(? super Integer)方法传入Integer的引用;

  • 不允许调用get()方法获得Integer的引用。

唯一例外是可以获取Object的引用:Object o = p.getFirst()

换句话说,使用<? super Integer>通配符作为方法参数,表示方法内部代码对于参数只能写,不能读。

使用super限定T类型

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

public class Pair<T super Integer> { ... }

现在,我们只能定义:

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

因为NumberIntegerObject都符合<T super Number>

Integer类型以及它的子类都将无法通过编译:

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

对比extends和super通配符

我们再回顾一下extends通配符。作为方法参数,<? extends T>类型和<? super T>类型的区别在于:

  • <? extends T>允许调用读方法T get()获取T的引用,但不允许调用写方法set(T)传入T的引用(传入null除外);

  • <? super T>允许调用写方法set(T)传入T的引用,但不允许调用读方法T get()获取T的引用(获取Object除外)。

一个是允许读不允许写,另一个是允许写不允许读。

先记住上面的结论,我们来看Java标准库的Collections类定义的copy()方法:

public class Collections {
    // 把src的每个元素复制到dest中:
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        for (int i=0; i<src.size(); i++) {
            T t = src.get(i);
            dest.add(t);
        }
    }
}

它的作用是把一个List的每个元素依次添加到另一个List中。它的第一个参数是List<? super T>,表示目标List,第二个参数List<? extends T>,表示要复制的List。我们可以简单地用for循环实现复制。在for循环中,我们可以看到,对于类型<? extends T>的变量src,我们可以安全地获取类型T的引用,而对于类型<? super T>的变量dest,我们可以安全地传入T的引用。

这个copy()方法的定义就完美地展示了extendssuper的意图:

  • copy()方法内部不会读取dest,因为不能调用dest.get()来获取T的引用;

  • copy()方法内部也不会修改src,因为不能调用src.add(T)

这是由编译器检查来实现的。如果在方法代码中意外修改了src,或者意外读取了dest,就会导致一个编译错误:

public class Collections {
    // 把src的每个元素复制到dest中:
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        ...
        T t = dest.get(0); // compile error!
        src.add(t); // compile error!
    }
}

这个copy()方法的另一个好处是可以安全地把一个List<Integer>添加到List<Number>,但是无法反过来添加:

// copy List<Integer> to List<Number> ok:
List<Number> numList = ...;
List<Integer> intList = ...;
Collections.copy(numList, intList);

// ERROR: cannot copy List<Number> to List<Integer>:
Collections.copy(intList, numList);

而这些都是通过superextends通配符,并由编译器强制检查来实现的。

PECS原则

何时使用extends,何时使用super?为了便于记忆,我们可以用PECS原则:Producer Extends Consumer Super。

即:如果需要返回T,它是生产者(Producer),要使用extends通配符;如果需要写入T,它是消费者(Consumer),要使用super通配符。

还是以Collectionscopy()方法为例:

public class Collections {
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        for (int i=0; i<src.size(); i++) {
            T t = src.get(i); // src是producer
            dest.add(t); // dest是consumer
        }
    }
}

需要返回Tsrc是生产者,因此声明为List<? extends T>,需要写入Tdest是消费者,因此声明为List<? super T>

无限定通配符

我们已经讨论了<? extends T><? super T>作为方法参数的作用。实际上,Java的泛型还允许使用无限定通配符(Unbounded Wildcard Type),即只定义一个?

void sample(Pair<?> p) {
}

因为<?>通配符既没有extends,也没有super,因此:

  • 不允许调用set(T)方法并传入引用(null除外);
  • 不允许调用T get()方法并获取T引用(只能获取Object引用)。

换句话说,既不能读,也不能写,那只能做一些null判断:

static boolean isNull(Pair<?> p) {
    return p.getFirst() == null || p.getLast() == null;
}

大多数情况下,可以引入泛型参数<T>消除<?>通配符:

static <T> boolean isNull(Pair<T> p) {
    return p.getFirst() == null || p.getLast() == null;
}

<?>通配符有一个独特的特点,就是:Pair<?>是所有Pair<T>的超类:

public class Main {
----
    public static void main(String[] args) {
        Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
        Pair<?> p2 = p; // 安全地向上转型
        System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());
    }
----
}

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;
    }
}

上述代码是可以正常编译运行的,因为Pair<Integer>Pair<?>的子类,可以安全地向上转型。

小结

使用类似<? super Integer>通配符作为方法参数时表示:

  • 方法内部可以调用传入Integer引用的方法,例如:obj.setFirst(Integer n);

  • 方法内部无法调用获取Integer引用的方法(Object除外),例如:Integer n = obj.getFirst();

即使用super通配符表示只能写不能读。

使用extendssuper通配符要遵循PECS原则。

使用类似<T super Integer>定义泛型类时表示:

  • 泛型类型限定为IntegerInteger的超类。

无限定通配符<?>很少使用,可以用<T>替换,同时它是所有<T>类型的超类。


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