图解java泛型的协变和逆变

参考文献：https://www.jianshu.com/p/2bf15c5265c5

https://www.jianshu.com/p/da1127c51c90

今天刚开始看kotlin的泛型语法和概念，觉得之前java中学过泛型，可能这个也差不多吧。。。。。嗯，确实差不多，想着跟之前一样用类比java的方式继续理解kotlin泛型，结果看了两篇java的泛型之后。。。。。。发现java泛型之前没怎么学懂

之前在学java泛型时候没有接触到的两个概念：协变和逆变。下面提到的可能大家都知道，只是我已自己的理解将协变和逆变的概念表述出来：

一、协变逆变概念

逆变与协变用来描述类型转换（type transformation）后的继承关系：A、B表示类型，f(·)表示类型转换，A<=B表示A为B的子类，那么则存在：

f(·)是协变的：当A<=B ,f(A)<=f(B)成立
f(·)是逆变的：当A<=B ,f(A)>=f(B)成立
f(·)是不变的：当A<=B ,f(A) 和f(B)不存在继承关系

看的有点懵逼？先别着急，等会儿回过头来再看这个。。这里介绍了协变和逆变的概念，对于java中数组是协变的，如下所示：

    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = new String[5];
        Object[] objects = strings;
    }

实例中创建了一个字符串数组对象，但是用Object数组同样可以引用。

实例中String类<=Object类，对应的String[]<=Object[]，所以可以得出数组是协变类型。

现在问题来了：

现在将string类型的数组引用赋值给了object类型的数组引用，在操作时候是不是可以赋值除了string意外的类型呢？

    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = new String[5];
        Object[] objects = strings;
        try {
            objects[0] = 1;
            System.out.println(strings[0]);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("出错了吧。。。。。");
            e.printStackTrace();
        }
    }

给objects第一个元素设置一个int类型的1，结果如下：

java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Integer
出错了吧。。。。。
	at as.a.Str.main(Str.java:12)

看来数组以协变方式允许类型向上转型，但是会有写入安全的问题，如上异常

现在我们看下在集合中使用会是怎么样的：

    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = new String[5];
        Object[] objects = strings;
        try {
            objects[0] = 1;
            System.out.println(strings[0]);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("出错了吧。。。。。");
            e.printStackTrace();
        }


        List<String> strList = new ArrayList<>();
        List<Object> objList = strList;//编译错误了
    }

在将strList赋值给objList时候，已经出现编译错误了，错误结果如下：

使用泛型时，在编译期间存在泛型擦除过程，取消了运行时检查，所以将泛型的错误检查提前到了编译器。并不是因为是两个不同的类型。

这时候用到了泛型通配符? extends T 和 ? super T了。。首先示例的继承关系如下：


class 生物 {
}

class 动物 extends 生物 {
}

class 人 extends 动物 {
}

class 狗 extends 动物 {
}

class 山顶洞人 extends 人 {
}

class 半坡人 extends 人 {

}

示例如下：

public class Str {
    public static void main(String[] args) {

        List<? extends 动物> objList = new ArrayList<人>();
        动物 动物 = objList.get(0);//编译通过
        生物 动物1 = objList.get(0);//编译通过
        人 人 = objList.get(0);//编译错误
        objList.add(new 动物());//编译错误
        objList.add(new 人());//编译错误
        objList.add(new 狗());//编译错误
    }

}

示例中将动物和生物类型引用objList的元素时，编译无错误，但是将人类型引用objList元素时，编译出错了。然后，，，，，，不管什么类型，只要add就全都编译错误了。

我是这样想的，如果说他允许add T及其子类对象，那他是如何知道哪些类型的对象是应该添加的呢？举个简单的?，List<? extends 动物> 存放都是动物的子类，但是无法确定是哪一个子类，这种情况下依然会出现安全问题（如上栗中String数组中+int）；而接收引用也同样是这个道理：我存放的是你T的子类，但是无不知道啊，那我接收的引用只要是你的父类就好啦。

这里简单总结一下上限通配符? extends T 的用法，? extends T表示所存储类型都是T及其子类，但是获取元素所使用的引用类型只能是T或者其父类。使用上限通配符实现向上转型，但是会失去存储对象的能力。上限通配符为集合的协变表示

想要存储对象，就需要下限通配符？super T 了，用法如下：

    public static void main(String[] args) {

        List<? super 人> humList = new ArrayList<>();
        humList.add(new 半坡人());//编译通过
        humList.add(new 山顶洞人());//编译通过
        humList.add(new 人());//编译通过
        humList.add(new 动物());//编译失败

    }

相信大家一眼就看出来了，添加人及其子类没有错误，一旦再网上就出现编译错误了。

下限通配符 ? super T表示所存储类型为T及其父类，但是添加的元素类型只能为T及其子类，而获取元素所使用的类型只能是Object，因为Object为所有类的基类。下限通配符为集合的逆变表示。

现在反过头来看一下最开始说的协变和逆变的概念：

当使用上限通配符时，类的等级越高，所包含的范围越大，符合协变的概念。
当使用下限通配符时，类的等级越高，所包含的范围越小，符合逆变的概念。

以下是笔者对以上内容的总结四句话：

?extends T 存放的类型一定为T及其子类，但是获取要用T或者其父类引用。转型一致性

?super T 存放的类型一定为T的父类，但添加一定为T和其子类对象。转型一致性

?extends T 进行add（T子类）编译出错：因为无法确定到底是哪个子类

?super T get（）对象，都是Object类型，因为T的最上层父类是Object，想要向下转型只能强转。

对于泛型还有生产者消费者的概念，笔者打算放在下一篇和kotlin的泛型卸写在一起。

转自：https://blog.csdn.net/zy_jibai/article/details/90082239

posted @ 2022-03-23 15:09 甜菜波波阅读(970) 评论(0) 编辑收藏举报

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甜菜波波

图解java泛型的协变和逆变

一、协变逆变概念

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