Java中<? extends T>和<? super T>的理解#

? 通配符类型

- <? extends T> 表示类型的上界，表示参数化类型的可能是T 或是 T的子类;
<? super T> 表示类型下界（Java Core中叫超类型限定），表示参数化类型是此类型的超类型（父类型），直至Object;

上界<? extends T>不能往里存，只能往外取

比如，我们现在定义：List<? extends T>首先你很容易误解它为继承于T的所有类的集合，你可能认为，你定义的这个List可以用来put任何T的子类，那么我们看下面的代码：

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        List<? extends Father> list = new LinkedList<>();
        list.add(new Son());
    }
}
class Human{
}
class Father extends Human{
}
class Son extends Father{
}
class LeiFeng extends Father {
}

list.add(new Son());这行会报错：The method put(Son) is undefined for the type List<capture#1-of ? extends Father>

List<? extends Father> 表示 “具有任何从Father继承类型的列表”，编译器无法确定List所持有的类型，所以无法安全的向其中添加对象。可以添加null,因为null 可以表示任何类型。所以List 的add 方法不能添加任何有意义的元素，但是可以接受现有的子类型List 赋值。

你也许试图这样做：

List<? extends Father> list = new LinkedList<Son>();
list.add(new Son());

即使你指明了为Son类型，也不能用add方法添加一个Son对象。

list中为什么不能加入Father类和Father类的子类呢，我们来分析下。

List<? extends Father>表示上限是Father,下面这样的赋值都是合法的

   List<? extends Father> list1 = new ArrayList<Father>();
   List<? extends Father> list2 = new ArrayList<Son>();
   List<? extends Father> list3 = new ArrayList<LeiFeng>();

如果List<? extends Father>支持add方法的话：

• list1可以add Father和所有Father的子类；
• list2可以add Son和所有Son的子类；
• list3可以add LeiFeng和所有LeiFeng的子类。

下面代码是编译不通过的：

list1.add(new Father());//error
list1.add(new Son());//error

原因是编译器只知道容器内是Father或者它的派生类，但具体是什么类型不知道。可能是Father？可能是Son？也可能是LeiFeng，XiaoMing？编译器在看到后面用Father赋值以后，集合里并没有限定参数类型是“Father“。而是标上一个占位符：CAP#1，来表示捕获一个Father或Father的子类，具体是什么类不知道，代号CAP#1。然后无论是想往里插入Son或者LeiFeng或者Father编译器都不知道能不能和这个CAP#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，List<?>单纯的就表示：集合里放了一个东西，是什么我不知道。

所以这里的错误就在这里，List<? extends Father>里什么都放不进去。

List<? extends Father> list不能进行add，但是，这种形式还是很有用的，虽然不能使用add方法，但是可以在初始化的时候一个Season指定不同的类型。比如：

List<? extends Father> list1 = getFatherList();//getFatherList方法会返回一个Father的子类的list

另外，由于我们已经保证了List中保存的是Father类或者他的某一个子类，所以，可以用get方法直接获得值：

List<? extends Father> list1 = new ArrayList<>();
Father father = list1.get(0);//读取出来的东西只能存放在Father或它的基类里。
Object object = list1.get(0);//读取出来的东西只能存放在Father或它的基类里。
Human human = list1.get(0);//读取出来的东西只能存放在Father或它的基类里。
Son son = (Son)list1.get(0);

下界

//super只能添加Father和Father的子类，不能添加Father的父类,读取出来的东西只能存放在Object类里
List<? super Father> list = new ArrayList<>();
list.add(new Father());
list.add(new Human());//compile error 
list.add(new Son());
Father person1 = list.get(0);//compile error 
Son son = list.get(0);//compile error 
Object object1 = list.get(0);

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Father的基类，那往里存粒度比Father小的都可以。出于对类型安全的考虑，我们可以加入Father对象或者其任何子类（如Son）对象，但由于编译器并不知道List的内容究竟是Father的哪个超类，因此不允许加入特定的任何超类（如Human）。而当我们读取的时候，编译器在不知道是什么类型的情况下只能返回Object对象，因为Object是任何Java类的最终祖先类。但这样的话，元素的类型信息就全部丢失了。

PECS原则

最后看一下什么是PECS（Producer Extends Consumer Super）原则，已经很好理解了：

• 频繁往外读取内容的，适合用上界Extends。
• 经常往里插入的，适合用下界Super。

总结

• extends 可用于返回类型限定，不能用于参数类型限定（换句话说：? extends xxx 只能用于方法返回类型限定，jdk能够确定此类的最小继承边界为xxx，只要是这个类的父类都能接收，但是传入参数无法确定具体类型，只能接受null的传入）。
• super 可用于参数类型限定，不能用于返回类型限定（换句话说：? supper xxx 只能用于方法传参，因为jdk能够确定传入为xxx的子类，返回只能用Object类接收）。
• ? 既不能用于方法参数传入，也不能用于方法返回。

<? extends SomeClass>与<T extends SomeClass>的区别

看apache parquet源码时，发现代码各种泛型嵌套，有必要系统整理一下关于泛型的各种知识，在此做一总结。

首先是名词对应表，不需要记住右边的名字，但需要知道左边的各种用法

List<String> —- 参数化的类型 
List<E> —- 泛型 
List<?> —- 无限制通配符类型 
<E extends SomeClass> —- 有限制类型参数 
List <? extends SomeClass>—- 有限制通配符类型 
<T extends Comparable<T>> —– 递归类型限制 
static <E> List<E> asList(E[] a) —- 泛型方法

下面自己的实验包括代码，标号1是解决题目里描述的问题，其余的标号也是自己遇到的一些关键的问题。

疑问&要解释的东西

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1：<E extends ClassA> 与 <? extends ClassA>有什么区别？

• 答：当我第一次接触这两名词时，感觉他们的功能是一样的，T可以代表任意的子类，?也可以代表任意的子类。 
  首先我们明确一下两边的名字，限制类型 & 通配符类型，<E extends ClassA>表示后续都只能使用E进行某些判断或操作，而<? extends ClassA>？表示后续使用时可以是任意的。 
  举个<E extends ClassA>最常见的例子，用于比较操作，比如返回“最大值”，“最大值”的定义为：整型、浮点型返回最大值，字符串返回字典序最大者，由于想调用compareTo函数，我们让所有参数都继承Compareble,即T extends Comparable<T>，整个测试代码如下

package test;

/**
 *  定义了 <T extends someClass>, 
 *  里面的代码便只能用somClass的子类T进行比较或其他操作。
 */
public class MaximumTest {

   // determines the largest of three Comparable objects
   public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y, T z) {                      
      T max = x; // assume x is initially the largest       
      if ( y.compareTo( max ) > 0 ) {
         max = y; // y is the largest so far
      }
      if ( z.compareTo( max ) > 0 ) {
         max = z; // z is the largest now                 
      }
      return max; // returns the largest object   
   }

   public static void main(String args[])  {
      System.out.printf( "Max of %d, %d and %d is %d\n\n", 
                   3, 4, 5, maximum( 3, 4, 5 ) );

       System.out.printf( "Maxm of %.1f,%.1f and %.1f is %.1f\n\n",
                   6.6, 8.8, 7.7, maximum( 6.6, 8.8, 7.7 ) );

       System.out.printf( "Max of %s, %s and %s is %s\n","pear",
         "apple", "orange", maximum( "pear", "apple", "orange" ) );
   }
}

注释里已经写清楚了，我们只能用T类型来进行一些操作，我们不能把T替换成?，因为？并不是一个类名，它只是一个通配符，然后举个<? extends ClassA>的例子。

比如我们有一个Stack类，类里提供一个pullAll方法，我们想把一系列元素全部放到堆栈中，如下方法

   // Stack定义
   public class Stack<E> {
       public Stack();
       public E pop();
       public boolean isEmpty();
   }

   // ...
   public <E> void pushAll(Iterable<E> src) {
       for(E e : src) {
           push(e);
       }
   }

这个方法编译时没问题，Iterable src的元素类型与堆栈的类型完全匹配就没有问题。但是假如有一个Stack<Number>调用了push(intVal)，这里的intVal是Integer类型，这是可以的，因为Integer是Number的一个子类型，但下面的代码会报编译错误，

Stack<Number> numberStack = new Stack<Number>();
Iterable<Integer> integers = "...";
numberStack.pushAll(integers);

因为在Java中，参数化类型是不可变的。所以现在我们的通配符类型就派上用场了，代码如下

public void pushAll(Iterable<? extends E> scr) {
    for( E e : src) {
        push(e);
    }
}  

此处就必须用通配符?，代表泛型的泛指“E的某个子类型的Iterator接口”。 
扩张阅读：Stackoverflow : 区别

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2、List<Object> o = new ArrayList<Long>(); 报错

• 不同于数组Object[] o，Long[] o，因为List<Type1>与List<Type2>不互为子类型or超类型

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3、无法创建泛型数组。

• 自己以前发的一片文章里由Cannot create a generic array of ArrayList引出的学习–Java范型就有这个，当时解释的有点瑕疵，<<Effective Java>> 第二版 106页举了一个例子来说明这样的不安全性。

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4、泛型方法的使用

• static <E> List<E> asList(E[] a) —- 泛型方法 
  参考这篇文章Java中的泛型方法的解释，注意区分Class与实例。