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Java泛型

擦拭法

编译器把类型<T>视为Object

public class Pair<T> {
    private final T first;
    private final T last;

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

    public T getFirst() {
        return first;
    }

    public T getLast() {
        return last;
    }
}

Java中泛型是在编译阶段的，编译器将上述代码经过擦除法，JVM实际看到的代码如下所示：

public class Pair {
    private final Object first;
    private final Object last;

    public Pair(Object first, Object last) {
        this.first = first;
        this.last = last;
    }

    public Object getFirst() {
        return first;
    }

    public Object getLast() {
        return last;
    }
}

编译器根据<T>实现安全的强制转型

Pair<String> p = new Pair<>("Hello", "world");
String first = p.getFirst();
String last = p.getLast();

编译器根据T的类型安全强转：

Pair p = new Pair("Hello", "world");
String first = (String) p.getFirst();
String last = (String) p.getLast();

擦拭法的局限性

  • <T>不能是基本类型，因为擦除法要将其替换为Object
  • 无法获取携带泛型的Class，因为泛型是在编译期，所以获取到的都为Pair<Object> 例如：
@Test
void testGetClass() {
    Pair<String> p1 = new Pair<>("Hello", "World");
    Pair<Integer> p2 = new Pair<>(114, 514);
    Class c1 = p1.getClass();
    Class c2 = p2.getClass();

    assertEquals(c1, c2);
    assertEquals(c1, Pair.class);
}
  • 不恰当的覆写方法
class Pair<T> {
    public boolean equals(T t) {}
}

这是因为，定义的equals(T t)方法实际上会被擦拭成equals(Object t)，而这个方法是继承自Object的，编译器会阻止一个实际上会变成覆写的泛型方法定义。

泛型继承

类可以继承一个泛型类。在继承了泛型类型的情况下，子类可以获取父类的泛型类型。例如：IntPair可以获取到父类的泛型类型Integer。

public class IntPair extends Pair<Integer> {

    public IntPair(Integer first, Integer last) {
        super(first, last);
    }
}

class IntPairTest {
    @Test
    void getSuperParameterizedType() {
        Class<IntPair> clazz = IntPair.class;
        Type t = clazz.getGenericSuperclass();
        if (t instanceof ParameterizedType) {
            ParameterizedType pt = (ParameterizedType) t;
            Type[] types = pt.getActualTypeArguments(); // may have many types
            Type firstType = types[0];
            Class<?> typeClass = (Class<?>) firstType;
            assertEquals(typeClass, Integer.class);
        }
    }
}

extends通配符

public class PairHelper {
    static int add(Pair<Number> p) {
        Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        return first.intValue() + last.intValue();
    }
}

如上，add函数接收的参数类型为Pair<Number>，所以我们传入Pair<Number>是没有问题的；但传入Pair<Integer>时，会得到一个编译错误，这是因为虽然Integer是Number的子类，但是Pair<Integer>却不是Pair<Number>的子类。

为了解决这个问题，可以使用Pair<? extends Number>，这样就可以接收泛型类型为Number子类的Pair类型了：

static int add(Pair<? extends Number> p) {
    Number first = p.getFirst();
    Number last = p.getLast();
    return first.intValue() + last.intValue();
}

@Test
void addNumberBased() {
    assertEquals(579, add(new Pair<Integer>(123, 456)));
}

读取

  • 能够从List<? extends Number>中获取到Number类型，因为其包含的元素是Number类型或者Number的自类型。
  • 不能从List<? extends Number>中获取到Integer类型，因为其保存的元素可能是Double。
  • 不能从List<? extends Number>中获取到Double类型，因为其保存的元素可能是Integer。

写入

  • 不能添加Number到List<? extends Number>中，因为其保存的元素可能是Integer或Double。
  • 不能添加Integer到List<? extends Number>中，因为其保存的元素可能是Double。
  • 不能添加Number到List<? extends Number>中，因为其保存的元素可能是Integer。
public class ExtendsTest {
    List<? extends Number> nums1 = new ArrayList<Number>();
    List<? extends Number> nums2 = new ArrayList<Integer>();
    List<? extends Number> nums3 = new ArrayList<Double>();

    void get() {
        Number x = nums1.get(0);
        // Integer y = nums2.get(0); // compile error
        // Double z = nums3.get(0);  // compile error
    }

    void set() {
        /*
        nums1.add(new Number() {
            @Override
            public int intValue() {
                return 0;
            }

            @Override
            public long longValue() {
                return 0;
            }

            @Override
            public float floatValue() {
                return 0;
            }

            @Override
            public double doubleValue() {
                return 0;
            }
        });
         */ // compile error
        // nums2.add(new Integer(1));    // compile error
        // nums3.add(new Double(1.2)); // compile error
    }
}

super通配符

<? super T> 描述了通配符下界, 即具体的泛型参数需要满足条件: 泛型参数必须是 T 类型或它的父类。

读取

  • 我们不能保证可以从List<? super Integer>类型对象中读取到 Integer 类型的数据, 因为其可能是 List<Number> 类型的。
  • 我们不能保证可以从List<? super Integer>类型对象中读取到 Number 类型的数据, 因为其可能是 List<Object> 类型的。
  • 唯一能够保证的是, 我们可以从List<? super Integer>类型对象中获取到一个 Object 对象的实例。

写入

对于上面的例子中的 List<? super Integer> array 对象：

  • 我们可以添加 Integer 对象到 array 中, 也可以添加 Integer 的子类对象到 array 中，因为Integer及其父类都可以接受Integer的子类对象。
  • 我们不能添加 Double/Number/Object 等不是 Integer 的子类的对象到 array 中。

extends vs super

对于List<? super Integer> l1：

  • 正确的理解：? super Integer 限定的是泛型参数。令 l1 的泛型参数是 T, 则 T 是 Integer 或 Integer 的父类, 因此 Integer 或 Integer 的子类的对象就可以添加到 l1 中.
  • 错误的理解：? super Integer限定的是插入的元素的类型, 因此只要是 Integer 或 Integer 的父类的对象都可以插入 l1 中。

对于List<? extends Integer> l2:

  • 正确的理解：? extends Integer 限定的是泛型参数. 令 l2 的泛型参数是 T, 则 T 是 Integer 或 Integer 的子类, 进而我们就不能找到一个类 X, 使得 X 是泛型参数 T 的子类, 因此我们就不可以向 l2 中添加元素. 不过由于我们知道了泛型参数 T 是 Integer 或 Integer 的子类这一点, 因此我们就可以从 l2 中读取到元素(取到的元素类型是 Integer 或 Integer 的子类), 并可以存放到 Integer 中。
  • 错误的理解：? extends Integer 限定的是插入元素的类型, 因此只要是 Integer 或 Integer 的子类的对象都可以插入 l2 中

应用：PECS

PECS 原则: Producer Extends, Consumer Super

  • Producer extends: 如果我们需要一个 List 提供类型为 T 的数据(即希望从 List 中读取 T 类型的数据), 那么我们需要使用 ? extends T, 例如 List<? extends Integer>。 但是我们不能向这个 List 添加数据。
  • Consumer Super: 如果我们需要一个 List 来消费 T 类型的数据(即希望将 T 类型的数据写入 List 中), 那么我们需要使用 ? super T, 例如 List<? super Integer>。但是这个 List 不能保证从它读取的数据的类型。
  • 如果我们既希望读取, 也希望写入, 那么我们就必须明确地声明泛型参数的类型, 例如 List。
public class Collections {
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
            dest.set(i, src.get(i));
        }
    }
}

Source code

References