Java-泛型编程-使用通配符? extends 和 ? super

Java-泛型编程-使用通配符? extends 和 ? super
原文地址:http://blog.csdn.net/fw0124/article/details/42296283

泛型中使用通配符有两种形式：子类型限定<? extends xxx>和超类型限定<? super xxx>。

（1）子类型限定

下面的代码定义了一个Pair<T>类，以及Employee，Manager和President类。
[java] view plain copy print ?
1. public class Pair<T> {
2. private T first;
3. private T second;
5. public Pair(T first, T second) {
6. this.first = first;
7. this.second = second;
8. }
10. public T getFirst() {
11. return first;
12. }
14. public T getSecond() {
15. return second;
16. }
18. public void setFirst(T newValue) {
19. first = newValue;
20. }
22. public void setSecond(T newValue) {
23. second = newValue;
24. }
25. }
27. class Employee {
28. private String name;
29. private double salary;
31. public Employee(String n, double s) {
32. name = n;
33. salary = s;
34. }
36. public String getName() {
37. return name;
38. }
40. public double getSalary() {
41. return salary;
42. }
43. }
45. class Manager extends Employee {
46. public Manager(String n, double s) {
47. super(n, s);
48. }
49. }
50. <pre name="code" class="java">
51. class President extends Manager {
52. public President(String n, double s) {
53. super(n, s);
54. }
55. }
```
public class Pair<T> {
    private T first;
    private T second;

    public Pair(T first, T second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T getFirst() {
        return first;
    }

    public T getSecond() {
        return second;
    }

    public void setFirst(T newValue) {
        first = newValue;
    }

    public void setSecond(T newValue) {
        second = newValue;
    }
}

class Employee {
    private String name;
    private double salary;
    
    public Employee(String n, double s) {
        name = n;
        salary = s;
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public double getSalary() {
        return salary;
    }
}

class Manager extends Employee {
    public Manager(String n, double s) {
        super(n, s);
    }
}
<pre name="code" class="java">
class President extends Manager {
    public President(String n, double s) {
        super(n, s);
    }
}
```
现在要定义一个函数可以打印Pair<Employee>
[java] view plain copy print ?
1. public static void printEmployeeBoddies(Pair<Employee> pair) {
2. System.out.println(pair.getFirst().getName() + ":" + pair.getSecond().getName());
3. }
```
    public static void printEmployeeBoddies(Pair<Employee> pair) {
        System.out.println(pair.getFirst().getName() + ":" + pair.getSecond().getName());
    }
```
可是有一个问题是这个函数输入参数只能传递类型Pair<Employee>，而不能传递Pair<Manager>和Pair<President>。例如下面的代码会产生编译错误
[java] view plain copy print ?
1. Manager mgr1 = new Manager("Jack", 10000.99);
2. Manager mgr2 = new Manager("Tom", 10001.01);
3. Pair<Manager> managerPair = new Pair<Manager>(mgr1, mgr2);
4. PairAlg.printEmployeeBoddies(managerPair);
```
        Manager mgr1 = new Manager("Jack", 10000.99);
        Manager mgr2 = new Manager("Tom", 10001.01);
        Pair<Manager> managerPair = new Pair<Manager>(mgr1, mgr2);
        PairAlg.printEmployeeBoddies(managerPair);
```
之所以会产生编译错误，是因为Pair<Employee>和Pair<Manager>实际上是两种类型。

由上图可以看出，类型Pair<Manager>是类型Pair<? extends Employee>的子类型，所以为了解决这个问题可以把函数定义改成 public static void printEmployeeBoddies(Pair<? extends Employee> pair)

但是使用通配符会不会导致通过Pair<? extends Employee>的引用破坏Pair<Manager>对象呢？例如: Pair<? extends Employee> employeePair = managePair;employeePair.setFirst(new Employee("Tony", 100)); 不用担心，编译器会产生一个编译错误。Pair<? extends Employee>参数替换后，我们得到如下代码 ? extends Employee getFirst() void setFirst(? extends Employee) 对于get方法，没问题，因为编译器知道可以把返回对象转换为一个Employee类型。但是对于set方法，编译器无法知道具体的类型，所以会拒绝这个调用。

（2）超类型限定

超类型限定和子类型限定相反，可以给方法提供参数，但是不能使用返回值。? super Manager这个类型限定为Manager的所有超类。

Pair<? super Manager>参数替换后，得到如下方法

? super Manager getFirst() void setFirst(? super Manager)

编译器可以用Manager的超类型，例如Employee，Object来调用setFirst方法，但是无法调用getFirst，因为不能把Manager的超类引用转换为Manager引用。

超类型限定的存在是为了解决下面一类的问题。例如要写一个函数从Manager[]中找出工资最高和最低的两个，放在一个Pair中返回。
[java] view plain copy print ?
1. public static void minMaxSal(Manager[] mgrs, Pair<? super Manager> pair) {
2. if (mgrs == null || mgrs.length == 0) {
3. return;
4. }
6. pair.setFirst(mgrs[0]);
7. pair.setSecond(mgrs[0]);
8. //TODO
9. }
```
    public static void minMaxSal(Manager[] mgrs, Pair<? super Manager> pair) {
        if (mgrs == null || mgrs.length == 0) {
            return;
        }
        
        pair.setFirst(mgrs[0]);
        pair.setSecond(mgrs[0]);
        //TODO
    }
```
如此就可以这样调用
[java] view plain copy print ?
1. Pair<? super Manager> pair = new Pair<Employee>(null, null);
2. minMaxSal(new Manager[] {mgr1, mgr2}, pair);
```
        Pair<? super Manager> pair = new Pair<Employee>(null, null);
        minMaxSal(new Manager[] {mgr1, mgr2}, pair);
```
（3） <T extends Comparable<? super T>>

超类型限定还有一个使用形式： <T extends Comparable<? super T>>

比如要写一个函数返回数组中的最小对象。似乎可以如下定义。 public static <T> T min(T[] a) 但是要找到最小值必须进行比较，这样就需要T实现了Comparable接口。为此可以把方法定义改变成 public static <T extends Comparable> T min(T[] a) 因为Comparable接口本身也是泛型的，所以最终可以改写成 public static <T extends Comparable<T>> T min(T[] a)
但是考虑到如下的使用场景
[java] view plain copy print ?
1. GregorianCalendar[] birthdays = {
2. new GregorianCalendar(1906, Calendar.DECEMBER, 9),
3. new GregorianCalendar(1815, Calendar.DECEMBER, 10),
4. new GregorianCalendar(1903, Calendar.DECEMBER, 3),
5. new GregorianCalendar(1910, Calendar.JUNE, 22),
6. };
8. System.out.println("Min Age = " + ArrayAlg.min(birthdays).getTime());
```
        GregorianCalendar[] birthdays = {
                new GregorianCalendar(1906, Calendar.DECEMBER, 9),
                new GregorianCalendar(1815, Calendar.DECEMBER, 10),
                new GregorianCalendar(1903, Calendar.DECEMBER, 3),
                new GregorianCalendar(1910, Calendar.JUNE, 22),
        };
        
        System.out.println("Min Age = " + ArrayAlg.min(birthdays).getTime());
```
java.util.GregorianCalendar继承自java.util.Calendar。GregorianCalendar本身没有实现Comparable接口，其父类Calendar实现了Comparable接口。但是编译器会对ArrayAlg.min(birthdays)报错，因为GregorianCalendar实现了Comparable<Calendar> 而不是Comparable<GregorianCalendar>。只要把min方法的申明改成<T extends Comparable<? super T>>就可以通过编译。完整的方法如下。注意，由于一个类可能没有实现Comparable方法，所以还需要定义另外一个方法，传入Comparator对象进行比较。
[java] view plain copy print ?
1. import java.util.Comparator;
3. public class ArrayAlg {
4. public static <T extends Comparable<? super T>> T min(T[] a) {
5. if (a == null || a.length == 0) {
6. return null;
7. }
8. T smallest = a[0];
9. for (int i = 1; i < a.length; i++) {
10. if (smallest.compareTo(a[i]) > 0) {
11. smallest = a[i];
12. }
13. }
14. return smallest;
15. }
17. public static <T> T min(T[] a, Comparator<? super T> c) {
18. if (a == null || a.length == 0) {
19. return null;
20. }
21. T smallest = a[0];
22. for (int i = 1; i < a.length; i++) {
23. if (c.compare(smallest, a[i]) > 0) {
24. smallest = a[i];
25. }
26. }
27. return smallest;
28. }
29. }
```
import java.util.Comparator;

public class ArrayAlg {
    public static <T extends Comparable<? super T>> T min(T[] a) {
        if (a == null || a.length == 0) {
            return null;
        }
        T smallest = a[0];
        for (int i = 1; i < a.length; i++) {
            if (smallest.compareTo(a[i]) > 0) {
                smallest = a[i];
            }
        }
        return smallest;
    }
            
    public static <T> T min(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        if (a == null || a.length == 0) {
            return null;
        }
        T smallest = a[0];
        for (int i = 1; i < a.length; i++) {
            if (c.compare(smallest, a[i]) > 0) {
                smallest = a[i];
            }
        }
        return smallest;
    }
}
```
传入Comparator作为参数的min方法的调用例子。
[java] view plain copy print ?
1. Manager[] managers = new Manager[] {
2. new Manager("Jack", 10000.99),
3. new Manager("Tom", 10001.01),
4. };
6. Manager minSalMgr = ArrayAlg.min(managers, new Comparator<Employee>() {
7. @Override
8. public int compare(Employee e1, Employee e2) {
9. return Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary());
10. }
11. });
12. System.out.println("Min. Salary = " + minSalMgr.getName());
```
        Manager[] managers = new Manager[] {
                new Manager("Jack", 10000.99),
                new Manager("Tom", 10001.01),
        };
        
        Manager minSalMgr = ArrayAlg.min(managers, new Comparator<Employee>() {
            @Override
            public int compare(Employee e1, Employee e2) {
                return Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary());
            }            
        });
        System.out.println("Min. Salary = " + minSalMgr.getName());
```
在Java的类库中，大量使用了这种类型的参数。例如在java.util.Collections类中就定义了下面两个方法
[java] view plain copy print ?
1. public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
2. public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)
```
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) 
```
（4）无限定通配符？

无限定通配符表示不需要限定任何类型。例如Pair<?>。参数替换后的Pair类有如下方法 ? getFirst() void setFirst(?) 所以可以调用getFirst方法，因为编译器可以把返回值转换为Object。但是不能调用setFirst方法，因为编译器无法确定参数类型，这就是Pair<?>和Pair方法的根本不同。无限定通配符的出现是为了支持如下的函数定义。
[java] view plain copy print ?
1. public class PairAlg {
2. public static boolean hasNulls(Pair<?> p) {
3. return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null;
4. }
5. }
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Java-泛型编程-使用通配符? extends 和 ? super

（1）子类型限定

（2）超类型限定

（3） <T extends Comparable<? super T>>

（4）无限定通配符？