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泛型——super通配符

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我们前面已经讲到了泛型的继承关系：Pair不是Pair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是允许的，但是传入Pair是不允许的。

和extends通配符相反，这次，我们希望接受Pair类型，以及Pair、Pair，因为Number和Object是Integer的父类，setFirst(Number)和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Integer或Integer父类的Pair类型。

下面的代码可以被正常编译： 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pair<Number> p1 = new Pair<>(12.3, 4.56);
        Pair<Integer> p2 = new Pair<>(123, 456);
        setSame(p1, 100);
        setSame(p2, 200);
        System.out.println(p1.getFirst() + ", " + p1.getLast());
        System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());
    }

    static void setSame(Pair<? super Integer> p, Integer n) {
        p.setFirst(n);
        p.setLast(n);
    }
}

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

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

    public T getFirst() {
        return first;
    }
    public T getLast() {
        return last;
    }
    public void setFirst(T first) {
        this.first = first;
    }
    public void setLast(T last) {
        this.last = last;
    }
}

考察Pair<? super Integer>的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>的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，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。

这个copy()方法的定义就完美地展示了extends和super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： 

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) {
        ...
        T t = dest.get(0); // compile error!
        src.add(t); // compile error!
    }
}

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super和extends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Collections的copy()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T的src是生产者，因此声明为List<? extends T>，需要写入T的dest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>和<? 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的超类：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
        Pair<?> p2 = p; // 安全地向上转型
        System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());
    }
}

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

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

    public T getFirst() {
        return first;
    }
    public T getLast() {
        return last;
    }
    public void setFirst(T first) {
        this.first = first;
    }
    public void setLast(T last) {
        this.last = last;
    }
}

上述代码是可以正常编译运行的，因为Pair是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extends和super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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