泛型通配符详解
为什么要用通配符呢?
在java中，数组是可以协变的，比如dog extends Animal，那么Animal[] 与dog[]是兼容的。而集合是不能协变的，也就是说List<Animal>不是List<dog>的父类，这时候就可以用到通配符了。
一、基本概念：
在学习Java泛型的过程中, 通配符是较难理解的一部分. 主要有以下三类:
1. 无边界的通配符(Unbounded Wildcards), 就是<?>, 比如List<?>.
无边界的通配符的主要作用就是让泛型能够接受未知类型的数据.
2. 固定上边界的通配符(Upper Bounded Wildcards):
使用固定上边界的通配符的泛型, 就能够接受指定类及其子类类型的数据. 要声明使用该类通配符, 采用<? extends E>的形式, 这里的E就是该泛型的上边界. 注意: 这里虽然用的是extends关键字, 却不仅限于继承了父类E的子类, 也可以代指显现了接口E的类.
3. 固定下边界的通配符(Lower Bounded Wildcards):
使用固定下边界的通配符的泛型, 就能够接受指定类及其父类类型的数据. 要声明使用该类通配符, 采用<? super E>的形式, 这里的E就是该泛型的下边界. 注意: 你可以为一个泛型指定上边界或下边界, 但是不能同时指定上下边界.
二、基本使用方法：
1. 无边界的通配符的使用, 我们以在集合List中使用<?>为例. 如:
1 public static void printList(List<?> list) {
2 for (Object o : list) {
3 System.out.println(o);
4 }
5 }
6
7 public static void main(String[] args) {
8 List<String> l1 = new ArrayList<>();
9 l1.add("aa");
10 l1.add("bb");
11 l1.add("cc");
12 printList(l1);
13 List<Integer> l2 = new ArrayList<>();
14 l2.add(11);
15 l2.add(22);
16 l2.add(33);
17 printList(l2);
18
19 }
这种使用List<?>的方式就是父类引用指向子类对象. 注意, 这里的printList方法不能写成public static void printList(List<Object> list)的形式, 原因我在上一篇博文中已经讲过, 虽然Object类是所有类的父类, 但是List<Object>跟其他泛型的List如List<String>, List<Integer>不存在继承关系, 因此会报错.
有一点我们必须明确, 我们不能对List<?>使用add方法, 仅有一个例外, 就是add(null). 为什么呢? 因为我们不确定该List的类型, 不知道add什么类型的数据才对, 只有null是所有引用数据类型都具有的元素. 请看下面代码:
1 public static void addTest(List<?> list) {
2 Object o = new Object();
3 // list.add(o); // 编译报错
4 // list.add(1); // 编译报错
5 // list.add("ABC"); // 编译报错
6 list.add(null);
7 }
由于我们根本不知道list会接受到具有什么样的泛型List, 所以除了null之外什么也不能add.
还有, List<?>也不能使用get方法, 只有Object类型是个例外. 原因也很简单, 因为我们不知道传入的List是什么泛型的, 所以无法接受得到的get, 但是Object是所有数据类型的父类, 所以只有接受他可以, 请看下面代码:
1 public static void getTest(List<?> list) {
2 // String s = list.get(0); // 编译报错
3 // Integer i = list.get(1); // 编译报错
4 Object o = list.get(2);
5 }
那位说了, 不是有强制类型转换么? 是有, 但是我们不知道会传入什么类型, 比如我们将其强转为String, 编译是通过了, 但是如果传入个Integer泛型的List, 一运行还会出错. 那位又说了, 那么保证传入的String类型的数据不就好了么? 那样是没问题了, 但是那还用<?>干嘛呀? 直接List<String>不就行了.
2. 固定上边界的通配符的使用, 我仍旧以List为例来说明:
1 public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {
2 double s = 0.0;
3 for (Number n : list) {
4 // 注意这里得到的n是其上边界类型的, 也就是Number, 需要将其转换为double.
5 s += n.doubleValue();
6 }
7 return s;
8 }
9
10 public static void main(String[] args) {
11 List<Integer> list1 = Arrays.asList(1, 2, 3, 4);
12 System.out.println(sumOfList(list1));
13 List<Double> list2 = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3, 4.4);
14 System.out.println(sumOfList(list2));
15 }
有一点我们需要记住的是, List<? extends E>不能使用add方法, 请看如下代码:
1 public static void addTest2(List<? extends Number> l) {
2 // l.add(1); // 编译报错
3 // l.add(1.1); //编译报错
4 l.add(null);
5 }
原因很简单, 泛型<? extends E>指的是E及其子类, 这里传入的可能是Integer, 也可能是Double, 我们在写这个方法时不能确定传入的什么类型的数据, 如果我们调用:
1 List<Integer> list = new ArrayList<>(); 2 addTest(list);
那么我们之前写的add(1.1)就会出错, 反之亦然, 所以除了null之外什么也不能add. 但是get的时候是可以得到一个Number, 也就是上边界类型的数据的, 因为不管存入什么数据类型都是Number的子类型, 得到这些就是一个父类引用指向子类对象.
3. 固定下边界通配符的使用. 这个较前面的两个有点难理解, 首先仍以List为例:
1 public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
2 for (int i = 1; i <= 10; i++) {
3 list.add(i);
4 }
5 }
6
7 public static void main(String[] args) {
8 List<Object> list1 = new ArrayList<>();
9 addNumbers(list1);
10 System.out.println(list1);
11 List<Number> list2 = new ArrayList<>();
12 addNumbers(list2);
13 System.out.println(list2);
14 List<Double> list3 = new ArrayList<>();
15 // addNumbers(list3); // 编译报错
16 }
我们看到, List<? super E>是能够调用add方法的, 因为我们在addNumbers所add的元素就是Integer类型的, 而传入的list不管是什么, 都一定是Integer或其父类泛型的List, 这时add一个Integer元素是没有任何疑问的. 但是, 我们不能使用get方法, 请看如下代码:
1 public static void getTest2(List<? super Integer> list) {
2 // Integer i = list.get(0); //编译报错
3 Object o = list.get(1);
4 }
这个原因也是很简单的, 因为我们所传入的类都是Integer的类或其父类, 所传入的数据类型可能是Integer到Object之间的任何类型, 这是无法预料的, 也就无法接收. 唯一能确定的就是Object, 因为所有类型都是其子类型.
使用? super E还有个常见的场景就是Comparator. TreeSet有这么一个构造方法:
1 TreeSet(Comparator<? super E> comparator)
就是使用Comparator来创建TreeSet, 大家应该都清楚, 那么请看下面的代码:
1 public class Person {
2 private String name;
3 private int age;
4 /*
5 * 构造函数与getter, setter省略
6 */
7 }
8
9 public class Student extends Person {
10 public Student() {}
11
12 public Student(String name, int age) {
13 super(name, age);
14 }
15 }
16
17 class comparatorTest implements Comparator<Person>{
18 @Override
19 public int compare(Student s1, Student s2) {
20 int num = s1.getAge() - s2.getAge();
21 return num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
22 }
23 }
24
25 public class GenericTest {
26 public static void main(String[] args) {
27 TreeSet<Person> ts1 = new TreeSet<>(new comparatorTest());
28 ts1.add(new Person("Tom", 20));
29 ts1.add(new Person("Jack", 25));
30 ts1.add(new Person("John", 22));
31 System.out.println(ts1);
32
33 TreeSet<Student> ts2 = new TreeSet<>(new comparatorTest());
34 ts2.add(new Student("Susan", 23));
35 ts2.add(new Student("Rose", 27));
36 ts2.add(new Student("Jane", 19));
37 System.out.println(ts2);
38 }
39 }
不知大家有想过没有, 为什么Comparator<Person>这里用的是父类Person, 而不是子类Student. 初学时很容易困惑, ? super E不应该E是子类才对么? 其实, 实现接口时我们所设定的类型参数不是E, 而是?; E是在创建TreeSet时设定的. 如:
1 TreeSet<Person> ts1 = new TreeSet<>(new comparatorTest()); 2 TreeSet<Student> ts2 = new TreeSet(new comparatorTest());
这里实例化的comparatorTest的泛型就是<Student super Student>和<Person super Student>(我这么写只是为了说明白). 在实现接口时使用:
1 // 这是错误的
2 class comparatorTest implements Comparator<Student> {...}
那么上面的结果就成了: <Student super Person>和<Person super Person>, <Student super Person>显然是错误的.
三、总结：
我们要记住这么几个使用原则, 有人将其称为PECS(即"Producer Extends, Consumer Super", 网上翻译为"生产者使用extends, 消费者使用super", 我觉得还是不翻译的好). 也有的地方写作"in out"原则, 总的来说就是:
- in或者producer就是你要读取出数据以供随后使用(想象一下List的get), 这时使用extends关键字, 固定上边界的通配符. 你可以将该对象当做一个只读对象;
- out或者consumer就是你要将已有的数据写入对象(想象一下List的add), 这时使用super关键字, 固定下边界的通配符. 你可以将该对象当做一个只能写入的对象;
- 当你希望in或producer的数据能够使用Object类中的方法访问时, 使用无边界通配符;
- 当你需要一个既能读又能写的对象时, 就不要使用通配符了.
