一文读懂Java泛型中的通配符 ?

作者:Jakob Jenkov

译者:涛声依旧(趣谈编程作者)

校对:刘欣(码农翻身作者)、王特

之前不太明白泛型中通配符"?"的含义,直到我在网上发现了Jakob Jenkov的一篇文章,觉得很不错,所以翻译过来,大家也可以点击文末左下角的阅读原文看英文版的原文。

下面是我的译文:

Java泛型中的通配符机制的目的是:让一个持有特定类型(比如A类型)的集合能够强制转换为持有A的子类或父类型的集合,这篇文章将解释这个是如何做的。

这里有几个主题:

泛型集合的赋值问题

想象你有这么几个类:

public class A{}
public class B extends A{}
public class C extends A{}

类B和类C都继承于类A。

然后我们来看这两个 List 变量 :

List<A> listA = new ArrayList<A>();
List<B> listB = new ArrayList<B>();

你能将 listB 赋值给 listA 吗?或者将 listA 赋值给 listB ?换言之,下面的赋值语句是否合法?

listA = listB;
listB = listA;

答案是两个都不合法。

为什么呢?下面就是答案:

listA 中你可以插入 A类的实例,或者A类子类的实例(比如B和C)。如果下面的语句是合法的:

List<B> listB = listA;

那么 listA 里面可能会被放入非B类型的实例。

涛声依旧注:listA 赋值给 listB,listA 有包含非B实例的风险,也就等同于 listB 有包含非B类型实例的风险。比如:

listA.add(new C());
listB = listA;

当你从 listB 中拿出元素时,你就有可能拿到非B类型的实例(比如A或者C),这样就打破了 listB 变量定义时的约定了(只含有B及其子类的实例)。

同样,把 listB 赋值给 listA 也会导致同样的问题。更具体地说是下面的这个赋值:

ListA = listB;

如果这条赋值语句成立的话,那么你就可以给 listB 指向的集合 listB<B> 里面插入A和C的对象了。

你可以通过 listA 引用来进行这样的操作。因此你可以插入非B对象到 一个持有B(或者B的子类)实例的 list 之中。

这种赋值什么时候会被需要?

当你要写一个通用的方法,它可以操作含有特定类型元素的集合,这个时候就需要这种赋值了。

想象你有一个方法可以处理一个 List 集合之中的元素,比如打印出这个 List 集合之中的所有元素。这个方法应该长成下面这样:

public void processElements(List<A> elements){
     for(A o : elements){
        System.out.println(o.getValue());
     }
}

这个方法遍历了持有元素为A类型的 list 集合中的所有元素,并且调用了 getValue() 方法(想象 A 类中有一个 getValue() 的方法)。

从之前的论述中我们可以知道,我们不能把一个 List<B> 或者 List<C> 类型的变量通过参数传递给这个 processElements 方法。

泛型通配符

泛型通配符可以解决这个问题。泛型通配符主要针对以下两种需求:

● 从一个泛型集合里面读取元素

● 往一个泛型集合里面插入元素

这里有三种方式定义一个使用泛型通配符的集合(变量)。如下:

List<?> listUknown = new ArrayList<A>();
List<? extends A> listUknown = new ArrayList<A>();
List<? super A> listUknown = new ArrayList<A>();

下面的部分将解释这些通配符的含义。

无限定通配符 ?

List<?> 的意思是这个集合是一个可以持有任意类型的集合,它可以是List<A>,也可以是List<B>,或者List<C>等等。

涛声依旧注:List<A>、List<B> 可以看成是不同的类型,这里的类型指的是集合的类型(如List<A>、List<B>),而不是集合所持有的类型(如A、B),但集合所持有元素的类型会决定集合的类型。

因为你不知道集合是哪种类型,所以你只能够对集合进行读操作。并且你只能把读取到的元素当成 Object 实例来对待。下面是一个例子:

涛声依旧注:不知道集合是哪种类型,那集合所持有的元素类型也就不确定,所以不可以随便往集合里写入东西,不然就会出现上文中提到了风险(比如List<B>里面存在了C)

public void processElements(List<?> elements){
   for(Object o : elements){
      Sysout.out.println(o);
   }
}

现在 processElements() 中可以传入任何类型的 List 来作为参数了,比如List<A>、List<B>、List<C>和List<String>等等。下面是一个合法的例子:

List<A> listA = new ArrayList<A>();
processElements(listA);

上界通配符(? extends)

List<? extends A> 代表的是一个可以持有 A及其子类(如B和C)的实例的List集合。

当集合所持有的实例是A或者A的子类的时候,此时从集合里读出元素并把它强制转换为A是安全的。下面是一个例子:

public void processElements(List<? extends A> elements){
   for(A a : elements){
      System.out.println(a.getValue());
   }
}

这个时候你可以把List<A>,List<B>或者List<C>类型的变量作为参数传入processElements()方法之中。因此,下面的例子都是合法的:

List<A> listA = new ArrayList<A>();
processElements(listA);

List<B> listB = new ArrayList<B>();
processElements(listB);

List<C> listC = new ArrayList<C>();
processElements(listC);

processElements()方法仍然是不能给传入的list插入元素的(比如进行list.add()操作),因为你不知道list集合里面的元素是什么类型(A、B还是C等等)。

涛声依旧注:比如你传进来的list是List<B>,那插入C或者A就不行。

下界通配符(? super)

List<? super A> 的意思是List集合 list,它可以持有 A 及其父类的实例。

当你知道集合里所持有的元素类型都是A及其父类的时候,此时往list集合里面插入A及其子类(B或C)是安全的,下面是一个例子:

public static void insertElements(List<? super A> list){
   list.add(new A());
   list.add(new B());
   list.add(new C());
}

传入的List集合里的元素要么是A的实例,要么是A父类的实例,因为B和C都继承于A,如果A有一个父类,那么这个父类同时也是B和C的父类。

你可以往insertElements传入List<A>或者一个持有A的父类的list。所以下面的例子是合法的:

List<A> listA = new ArrayList<A>();
insertElements(listA);

List<Object> listObject = new ArrayList<Object>();
insertElements(listObject);

涛声依旧注:因为此时我们可以确定传入的list集合里的元素是A及其父类,所以我们往这个集合里插入A及其子类是兼容的(向上转型)。

但是这个insertElements方法是不可以从list集合里读取东西的,除非你把读到的东西转换为Object。

当你调用insertElements方法的时候,元素已经存在于list集合里,这个元素的类型可能是A类型,也能是A的父类型,但是我们不可能精确地知道它的类型是什么。

然而,所有类都是Object类的子类,所以,所以你可以从list集合里读出元素并把它们转换为Object类型,因此下面的语句是合法的:

Object object = list.get(0);

但是下面的就是非法的:

A object = list.get(0);

涛声依旧注:因为你不知到集合里的类型是什么,所以你不能够把他们读出来并转换为某一特定类型(除非你可以找出集合里元素的共同父类,比如这里的Object类)。

list<? extends A>可以转换为A的原因是他知道集合里的元素的类型要么是A要么是A的子类,他们都可以转换为A。这个和这里的都可以转换为Object的道理是一样的。

注:本人才疏学浅,翻译水平有限,如有翻译不恰当或错误之处,恳请读者指出来。

-END-

原文发布于微信公众号 - 趣谈编程(gh_51e791ad9174)

原文发表时间:2018-09-14

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