• super通配符


    我们前面已经讲到了泛型的继承关系:Pair<Integer>不是Pair<Number>的子类。

    考察下面的set方法:

    void set(Pair<Integer> p, Integer first, Integer last) {
        p.setFirst(first);
        p.setLast(last);
    }

    传入Pair<Integer>是允许的,但是传入Pair<Number>是不允许的。

    extends通配符相反,这次,我们希望接受Pair<Integer>类型,以及Pair<Number>Pair<Object>,因为NumberObjectInteger的父类,setFirst(Number)setFirst(Object)实际上允许接受Integer类型。

    我们使用super通配符来改写这个方法:

    void set(Pair<? super Integer> p, Integer first, Integer last) {
        p.setFirst(first);
        p.setLast(last);
    }

    注意到Pair<? super Integer>表示,方法参数接受所有泛型类型为IntegerInteger父类的Pair类型。

    下面的代码可以被正常编译:

     1 import java.util.*;
     2 public class Demo13{
     3 
     4     public static void main(String[] args) throws Exception{
     5         Pair<Integer> p1 = new Pair<>(12,34);
     6         Pair<Number> p2 = new Pair<>(12.23,34.65);
     7         //<? super Integer>表示类型为Integer或者Integer的父类,
     8         //而Integer和Number明显是符合的,
     9         //自然他们的泛型类Pair<Integer>和Pair<Number>也就是符合Pair<? super Integer>的参数传入的
    10         //所以下面两行调用是可以的
    11         setSame(p1,10);
    12         setSame(p2,20);
    13         System.out.println(p1.getFirst() + "," + p1.getLast());
    14         System.out.println(p2.getFirst() + "," + p2.getLast());
    15     }
    16     
    17     static void setSame(Pair<? super Integer> p,Integer n){
    18         p.setFirst(n);
    19         p.setLast(n);
    20     }
    21 }
    22 
    23 //定义一个泛型类
    24 class Pair<T> {
    25     private T first;
    26     private T last;
    27     public Pair(T first,T last){
    28         this.first = first;
    29         this.last = last;
    30     }
    31     public T getFirst(){
    32         return first;
    33     }
    34     public T getLast(){
    35         return last;
    36     }    
    37     
    38     public void setFirst(T first){
    39         this.first = first;
    40     }
    41     
    42     public void setLast(T last){
    43         this.last = last;
    44     }
    45 }

     考察Pair<? super Integer>setFirst()方法,它的方法签名实际上是:

    void setFirst(? super Integer);

    因此,可以安全地传入Integer类型。

    再考察Pair<? super Integer>getFirst()方法,它的方法签名实际上是:

    ? super Integer getFirst();

    这里注意到我们无法使用Integer类型来接收getFirst()的返回值,即下面的语句将无法通过编译:

    Integer x = p.getFirst();

    因为如果传入的实际类型是Pair<Number>,编译器无法将Number类型转型为Integer

    注意:虽然Number是一个抽象类,我们无法直接实例化它。但是,即便Number不是抽象类,这里仍然无法通过编译。此外,传入Pair<Object>类型时,编译器也无法将Object类型转型为Integer

    唯一可以接收getFirst()方法返回值的是Object类型:

    Object obj = p.getFirst();

    因此,使用<? super Integer>通配符表示:

    • 允许调用set(? super Integer)方法传入Integer的引用;

    • 不允许调用get()方法获得Integer的引用。

    唯一例外是可以获取Object的引用:Object o = p.getFirst()

    换句话说,使用<? super Integer>通配符作为方法参数,表示方法内部代码对于参数只能写,不能读。

    对比extends和super通配符

    我们再回顾一下extends通配符。作为方法参数,<? extends T>类型和<? super T>类型的区别在于:

    • <? extends T>允许调用读方法T get()获取T的引用,但不允许调用写方法set(T)传入T的引用(传入null除外);

    • <? super T>允许调用写方法set(T)传入T的引用,但不允许调用读方法T get()获取T的引用(获取Object除外)。

    一个是允许读不允许写,另一个是允许写不允许读。

    先记住上面的结论,我们来看Java标准库的Collections类定义的copy()方法:

    public class Collections {
        // 把src的每个元素复制到dest中:
        public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
            for (int i=0; i<src.size(); i++) {
                T t = src.get(i);
                dest.add(t);
            }
        }
    }

    它的作用是把一个List的每个元素依次添加到另一个List中。它的第一个参数是List<? super T>,表示目标List,第二个参数List<? extends T>,表示要复制的List。我们可以简单地用for循环实现复制。在for循环中,我们可以看到,对于类型<? extends T>的变量src,我们可以安全地获取类型T的引用,而对于类型<? super T>的变量dest,我们可以安全地传入T的引用。

    我们来使用上面的方法来编写一个Demo测试

     1 import java.util.*;
     2 public class Demo13{
     3 
     4     public static void main(String[] args) throws Exception{
     5         //初始化一个ArrayList源对象
     6         List<Integer> src = new ArrayList<>();
     7         //添加元素
     8         src.add(12);
     9         src.add(53);
    10         src.add(75);
    11         //初始化一个ArrayList目标对象
    12         List<Integer> dest = new ArrayList<>();
    13         //调用方法将src对象元素赋值到dest对象中
    14         copy(dest,src);
    15         //查看dest对象中的元素
    16         for(int i=0;i<dest.size();i++){
    17             System.out.print(dest.get(i) + "	");
    18         }
    19     }
    20     
    21     //将src对象元素赋值到dest对象中
    22     public static <T> void copy(List<? super T> dest,List<? extends T> src){
    23         for(int i=0;i<src.size();i++){
    24             T t = src.get(i);
    25             dest.add(t);
    26         }
    27     }
    28 }

    这个copy()方法的定义就完美地展示了extendssuper的意图:

    • copy()方法内部不会读取dest,因为不能调用dest.get()来获取T的引用;

    • copy()方法内部也不会修改src,因为不能调用src.add(T)

    这是由编译器检查来实现的。如果在方法代码中意外修改了src,或者意外读取了dest,就会导致一个编译错误:

    1 public class Collections {
    2     // 把src的每个元素复制到dest中:
    3     public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
    4         ...
    5         T t = dest.get(0); // compile error!
    6         src.add(t); // compile error!
    7     }
    8 }

    这个copy()方法的另一个好处是可以安全地把一个List<Integer>添加到List<Number>,但是无法反过来添加:

    // copy List<Integer> to List<Number> ok:
    List<Number> numList = ...;
    List<Integer> intList = ...;
    Collections.copy(numList, intList);
    
    // ERROR: cannot copy List<Number> to List<Integer>:
    Collections.copy(intList, numList);

    而这些都是通过superextends通配符,并由编译器强制检查来实现的。

    PECS原则

    何时使用extends,何时使用super?为了便于记忆,我们可以用PECS原则:Producer Extends Consumer Super。

    即:如果需要返回T,它是生产者(Producer),要使用extends通配符;如果需要写入T,它是消费者(Consumer),要使用super通配符。

    还是以Collectionscopy()方法为例:

    public class Collections {
        public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
            for (int i=0; i<src.size(); i++) {
                T t = src.get(i); // src是producer
                dest.add(t); // dest是consumer
            }
        }
    }

    需要返回Tsrc是生产者,因此声明为List<? extends T>,需要写入Tdest是消费者,因此声明为List<? super T>

    无限定通配符

    我们已经讨论了<? extends T><? super T>作为方法参数的作用。实际上,Java的泛型还允许使用无限定通配符(Unbounded Wildcard Type),即只定义一个?

    void sample(Pair<?> p) {
    }

    因为<?>通配符既没有extends,也没有super,因此:

    • 不允许调用set(T)方法并传入引用(null除外);
    • 不允许调用T get()方法并获取T引用(只能获取Object引用)。

    换句话说,既不能读,也不能写,那只能做一些null判断:

    static boolean isNull(Pair<?> p) {
        return p.getFirst() == null || p.getLast() == null;
    }

    大多数情况下,可以引入泛型参数<T>消除<?>通配符:

    static <T> boolean isNull(Pair<T> p) {
        return p.getFirst() == null || p.getLast() == null;
    }

    <?>通配符有一个独特的特点,就是:Pair<?>是所有Pair<T>的超类:

     1 public class Main {
     2     public static void main(String[] args) {
     3         Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
     4         Pair<?> p2 = p; // 安全地向上转型
     5         System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());
     6     }
     7 
     8 }
     9 
    10 class Pair<T> {
    11     private T first;
    12     private T last;
    13 
    14     public Pair(T first, T last) {
    15         this.first = first;
    16         this.last = last;
    17     }
    18 
    19     public T getFirst() {
    20         return first;
    21     }
    22     public T getLast() {
    23         return last;
    24     }
    25     public void setFirst(T first) {
    26         this.first = first;
    27     }
    28     public void setLast(T last) {
    29         this.last = last;
    30     }
    31 }

    上述代码是可以正常编译运行的,因为Pair<Integer>Pair<?>的子类,可以安全地向上转型。

    小结

    使用类似<? super Integer>通配符作为方法参数时表示:

    • 方法内部可以调用传入Integer引用的方法,例如:obj.setFirst(Integer n);

    • 方法内部无法调用获取Integer引用的方法(Object除外),例如:Integer n = obj.getFirst();

    即使用super通配符表示只能写不能读。

    使用extendssuper通配符要遵循PECS原则。

    无限定通配符<?>很少使用,可以用<T>替换,同时它是所有<T>类型的超类。

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