【Java基础面试题035】什么是Java泛型的上下界限定符?

回答重点

Java泛型的上下界限定符用于对泛型类型参数进行范围限制,主要有上界限定符和下届限定符。

1)上界限定符 (? extends T):

  • 定义:通配符?的类型必须是T或者T的子类,保证集合元素一定是T或者T的子类
  • 作用:通常用于读取操作,通配符?类型必须是T/T的子类,然后集合元素也必须是T/T的子类,所以读取是安全的,然而并不能确定到底是哪个类,需要强转类型,强转都不知道转成什么,所以写入是不安全的(可以写入null)
public void process(List<? extends Number> list){
        // Number是Integer的父类
        Number num = list.get(0); // 读取是安全的,返回类型是Number或其子类
        // list.add(1; // 编译错误,不确定泛型的类型
    }

 

2)下界限定符 (? super T):

  • 定义:通配符?的类型必须是T或者T的父类,但是!!集合元素依旧必须是T或者T的子类
  • 作用:通常用于写入操作,读取则返回Object,需要显式类型转换,可能转换失败
public void process(List<? super Integer> list, int n){
        list.add(1); // 写入是安全的
        // 不能读取
    }

这个知识点我是比较迷的,到底该如何理解呢?

List<? extends Animal> animals = new ArrayList<>();
Animal animal = animals.get(0);
animals.add(new Dog());

看这个代码

一个容器,容器中全是Animal,可以get()来读取任何animal,但是不能add(狗)、也不能add(猫),毕竟,谁知道这个容器到底是啥动物,具有不确定性,所以只能读取不能写入

List<? super Dog> dogs = new ArrayList<>();
dogs.add(new 哈士奇());
Object object = dogs.get(0);
Dog dog = (Dog) object;

一个容器,容器中到底有啥,其实是不确定的,我们唯一能确定的是,我们可以给容器中add(狗),狗的子类也能add,但是不能get()来取出狗,因为不知道这个容器中还有啥,肯定是有别的东西,但是就是不知道有啥,编译器只好用一个Object来接收,自己再强转

一个是虽然不知道容器里有啥?但是可以get(),反正都是Animal或者子类,我get一个Animal那咋啦?

一个是虽然不知道容器里有啥?但是可以add(),反正都是Dog或者父类,我add一个dog那咋啦?

有一说一,其实还是有点蒙的,我还会回来的

补充一句:由于泛型擦除的存在,所以运行时无法确定泛型的具体类型,这个时候就不能使用instanceof来确定类型安全,向下强转自然就不能保证安全(向上强转倒无所谓),从这方面解释或许就说的通了?

比如,List<? super Dog>,泛型擦除后,就变成了List

总结

  • 读取时: 你需要知道具体的类型,以确保你可以安全地将其视为T。
  • 写入时: 你只需要知道类型的父类,以确保你可以安全地添加T及其子类的对象。

扩展知识

代码示例

public class GenericLimmitTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Dog> list = new ArrayList<>();
        new GenericLimmitTest().add(list);
        new GenericLimmitTest().run(list);
    }

    public void run(List<? extends Animal> list){
        list.get(0).run(); // 读取
    }
//    与上面的run()的另一种写法,这种更通用
//    public <T extends Animal> void run(List<T> list){
//        for (T animal : list){
//            animal.run(); // 读取
//        }
//    }
    public void add(List<? super Dog> list){
        list.add(new Dog());
    }


}
class Animal{
    public void run(){
        System.out.println("running...");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public void run(){
        System.out.println("Dog is running...");
    }
}

为何需要上下界限定符?

泛型提供了类型安全性,但有时我们希望泛型参数的类型在某个范围内,这样可以确保在不同场景下使用泛型时既能获得灵活性,又能保证类型安全

上下界限定符的设计就是,允许我们定义类型的范围,而不是具体类型

协变与逆变

它们主要用于描述类型之间的兼容性问题

  • 协变:主要解决返回值的灵活性问题,允许更具体的类型返回
  • 逆变:主要解决参数传递的灵活性问题,允许更广泛的类型输入

协变(Covariance):子类型可以替换父类型(派生类替换基类)

  • 场景:当一个泛型容器(或方法返回类型)允许子类型替换父类型时,就是协变
  • 特点:类型的方向是一致的(从父类到子类)
  • 关键词:输出方向(比如方法的返回值)
public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<? extends Animal> animals;
        List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
        animals = dogs; // 协变,子类型Dog替换父类型Animal,类型方向:Animal->Dog
    }
    class Animal{}
    class Dog extends Animal{}
}

逆变(Contravariance):父类型可以替换子类型(基类替换派生类)

  • 场景:当一个泛型容器(或方法参数类型)允许父类型替换子类型时,就是逆变
  • 特点:类型的方向是相反的(从子类到父类)
  • 关键词:输入方向(比如方法的参数)
public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<? super Dog> dogs;
        List<Animal> animals = new ArrayList<>();
        dogs = animals; // 逆变,父类型Animal替换子类型Dog,类型方向:Dog->Animal
    }
    class Animal{}
    class Dog extends Animal{}
}

PECS原则

PECS原则是Producer Extends,Consumer Super的缩写,生产者用extends,消费者用super

  • 如果对象提供数据,即生产者,使用extends(上界限定符)
  • 如果对象使用数据,即消费者,使用super(下界限定符)

关于泛型擦除可以看我另一篇:【Java基础面试题034】Java泛型擦除是什么?-CSDN博客

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