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【Java基础】泛型（二）-泛型的难点：通配符

news 2025/9/15 20:36:09

本文将尝试将通配符和泛型中的继承，多态一并讲解

关于泛型中继承的注意事项

因为Integer、Double继承了Number，根据多态性，以下语句是合法的

Number n = new Integer(10); // OK, 父类引用变量可以指向子类对象
n = 2.9 // OK，n实际上会指向一个新的Double对象

但是注意，像ArrayList()、ArrayList()和ArrayList没有任何继承关系，考虑以下这个例子：

List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
List<Number> ln = li; // illegal,这一句不合法
ln.add(new Float(3.1415)); //这一句本来是合法,因为Float继承了Number。

对象ln是List类型，ln.add(new Float(3.1415))其实是合法的

但是如果你允许List类型的引用指向List，那么ln就是li的一个别名，这个List理论上就是个Integer列表，不能放Float类型对象了，这就产生了矛盾

而多态本身就是在运行时确定对象真正的类型，所以编译时发现不了ln.add(new Float(3.1415))其实已经不合法了

索性，编译时就不允许List ln = li

需要注意，以下这种泛型类是有继承关系的

//不替换
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E> { //ArrayList后面必须添加<E>boolean add(E e);E get(int index);
}//替换
public class StringArrayList extends ArrayList<String> { boolean add(String e); //方法重写String get(int index);
}

这时，以下的继承关系都是正确的：

请添加图片描述

通配符类型

通配符介绍

上节说了半天，像ArrayList和ArrayList两者完全没有继承关系，其实就是为了引出通配符

因为这时泛型似乎不能利用多态的优点了，比如我就想在我的工具类里编写一个针对各种Number类型List的求和方法，我总不能对每种Number类型都写一个重载方法，这其实又违背了多态的理念

public Number sum（List<Number> list） {//求和
}

这种情况就可以用到通配符：？

例如这个求和方法就可以写成：

public Number sum（List<? extends Number> list） {//求和//get
}

这里的语义是：sum方法的入参可以是任何Number类型的List。（实际上，List<Integer>，List <Double>都属于List<? extends Number>的子类，因此多态性就可以体现出来了，这里的继承关系后面会进行总结）

(需要注意的是，这时的sum方法其实已经不属于泛型方法了，“？”和类型参数“T”相比，不属于一个类型的形参，它其实和Integer、Number一样都属于实际类型，只不过它是“不确定类型”)

深入理解通配符

各种类型的通配符及继承关系

这一小节尝试将通配符和继承关系一并讲解：

其实，理解通配符的一个要点就是：通配符就是在泛型中实现多态的一种方式

通配符的种类有三种：

限定上界的通配符 List<? extends Number>
限定下界的通配符 List<? super Integer>
无界通配符 List<?>

同时，这些带通配符的类型，有以下的继承关系：

请添加图片描述

限定上界的通配符：上一节中我们已经编写了一个针对各种Number类型List的求和方法，利用的就是限定上界的通配符，因为List<Integer>，List<Double>等各种Number类型List都是List<? extends Number>的子类，所以我们将List<? extends Number>作为形参，很好地利用了多态性

限定下界的通配符：而限定下界的通配符，是希望未知类型“？”是某种特定类型的超类，比如说工具类中有一个方法是向list中添加Integer类型变量，那么这个list的类型可以是List, List, 或List，因为它们都可以存Integer类型，这时就可以用到限定下界的通配符

public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {list.add(i);}
}

从继承关系上看，这时的参数可以是List，当然也可以是List

无界通配符：其实List<?>就是List<? extends Object>，对比之前限定上界的例子，我们使用List<? extends Number>来声明求和方法，也是因为Number变量可以直接用+进行相加，但一般的Object变量没有相加的能力。换句话说，如果我们用List<?>来编写方法，我们仅会用到内部对象作为Object时的能力。
比如，编写一个方法让任何对象的list都能够逐一输出：

public static void printList(List<?> list) {for (Object elem: list)System.out.print(elem + " ");
}

另一种场景是，我们编写的方法用到了泛型类，但是调用的都是该泛型类中不依赖于类型参数的方法。
例如Collections中的shuffle方法，用于打乱list的顺序，其实它的逻辑就是将list中元素逐一和任意元素进行交换，因此需要遍历，调用list.size(), 而这个方法并不关心list<E>中的类型参数到底是啥

public static void shuffle(List<?> list, Random rnd)

各种类型通配符的使用指导

这里主要翻译官方教程的使用指导：

如果你使用的泛型类对象，是一个“in”变量，即为代码提供数据，就应该使用extends关键字
如果你使用的泛型类对象，是一个“Out”变量，即保存代码中的数据，就应该使用super关键字
如果仅会用到Object类定义的方法来访问“in”变量，就使用无界通配符
如果对象既是in或者out变量，就不要使用通配符
以上这些使用指导不适用于通配符出现在返回值的情况

Collections的copy方法其实就证实了前两点

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)

这里个人的理解是：限定输入类型的上界，输出类型的下界，这样数据从输入到输出会是向上转型，会是安全的。

另外，官方教程中也提到，一旦参数的类型是List<? extends …>，最好就让它只读，因为根据继承关系可能有以下问题

//自然数类
class NaturalNumber {private int i;public NaturalNumber(int i) { this.i = i; }// ...
}//偶数类
class EvenNumber extends NaturalNumber {public EvenNumber(int i) { super(i); }// ...
}List<EvenNumber> le = new ArrayList<>();
List<? extends NaturalNumber> ln = le;
ln.add(new NaturalNumber(35));  // 异常