前言

在泛型代碼中，問(wèn)號(hào)(?)稱為通配符，用來(lái)表示未知類型。通配符可以在多種情況下使用：如作為參數(shù)、字段或局部變量的類型；有時(shí)也可以作為返回類型。另外，通配符永遠(yuǎn)不會(huì)用作調(diào)用泛型方法、創(chuàng)建泛型類或超類型實(shí)例的類型參數(shù)。

為什么使用通配符？

在 Java 中，類和數(shù)組之間的對(duì)象關(guān)系是可以繼承的，比如 Dog extends Animal，那么 Animal[] 與 Dog[] 就是兼容的。但是集合之間卻不存在這種關(guān)系，也就是說(shuō) List<Animal> 不是List<Dog> 的父類，他們之間沒(méi)有任何關(guān)系。那么為了建立兩個(gè)集合之間的聯(lián)系，就需要用到通配符。// 只是其中一部分原因

1、如何定義和使用上界通配符？

可以使用上界通配符來(lái)放寬對(duì)變量的限制。例如，你想編寫(xiě)一個(gè)方法，該方法適用于List<Integer>， List<Double> 和 List<Number>；就可以通過(guò)使用上界通配符來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

聲明一個(gè)上界通配符，需要使用通配符 ('?')，跟上 extends 關(guān)鍵字，然后再跟它的上界。比如，編寫(xiě)用于 Number 列表和 Number 子類型（如 Integer、Double 和 Float）的方法，可以指定 List<? extends Number>。List<? extends Number> 要比 List<Number> 對(duì)類型的限制更加寬松，因?yàn)?List<Number> 只匹配類型為 Number 的列表，而 List<? extends Number> 匹配類型為 Number 或其任何子類的列表。

例如下邊的程序代碼：

public static void process(List<? extends Foo> list) { /* ... */ }

上界通配符 <? extends Foo> 中的 Foo 匹配 Foo 類型和 Foo 的任何子類型。process() 方法可以訪問(wèn)類型為 Foo 的列表元素：

public static void process(List<? extends Foo> list) {
    for (Foo elem : list) {
        // ...
    }
}

在 foreach 子句中，elem 變量迭代列表中的每個(gè)元素。在 elem 元素上可以使用 Foo 類中定義的任何方法。

如下，sumOfList() 方法返回列表中數(shù)字的和：

public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {
    double s = 0.0;
    for (Number n : list)
        s += n.doubleValue();
    return s;
}

下面的代碼，使用一個(gè) Integer 對(duì)象列表，輸出 sum = 6.0：

List<Integer> li = Arrays.asList(1, 2, 3);
System.out.println("sum = " + sumOfList(li));

Double 值列表可以使用相同的 sumOfList() 方法。下面的代碼輸出 sum = 7.0：

List<Double> ld = Arrays.asList(1.2, 2.3, 3.5);
System.out.println("sum = " + sumOfList(ld));

2、如何定義和使用無(wú)界通配符？

無(wú)界通配符類型使用通配符(?)指定，例如 List<?>。在下邊兩種情況下，無(wú)界通配符是一種有用的方法：

1. 編寫(xiě)一個(gè)方法，該方法可以使用 Object 類中提供的功能函數(shù)。
2. 代碼在泛型類中使用不依賴于類型參數(shù)的方法。例如，List.size 或 List.clear。事實(shí)上，Class<?> 之所以如此常用，是因?yàn)?Class<T> 中的大多數(shù)方法都不依賴于 T。

例如以下 printList() 方法：

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

printList() 的目標(biāo)是用來(lái)打印任何類型的列表，但上述代碼中它只能打印 Object 實(shí)例的列表；并不能打印 List<Integer>， List<String>， List<Double> 等，因?yàn)檫@些列表不是 List<Object> 的子類型。所以如果要編寫(xiě)一個(gè)通用的 printList() 方法，需要使用到 List<?>：

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

對(duì)于任何具體的類型 A，List<A> 都是 List<?> 的子類，可以使用 printList() 打印任何類型的列表：// 解決了之前 List<A> 和 List<B> 無(wú)任何關(guān)系的問(wèn)題

List<Integer> li = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<String>  ls = Arrays.asList("one", "two", "three");
printList(li);
printList(ls);

注意：List<Object> 和 List<?> 是不一樣的?？梢詫?Object 或 Object 的任何子類型插入到 List<Object> 中，但是只能將 null 插入到 List<?> 中。

3、如何定義和使用下界通配符？

上界通配符將未知類型限制為特定類型的子類型，使用 extends 關(guān)鍵字表示。類似地，下界通配符將未知類型限制為特定類型的超類型，使用 super 關(guān)鍵字表示。

下界通配符使用通配符('?')表示，后面跟著 super 關(guān)鍵字，然后再跟著它的下界：<? super A>。

注意：可以為通配符指定上界，也可以指定下界，但不能同時(shí)都指定。

例如，編寫(xiě)一個(gè)將 Integer 對(duì)象放入列表的方法。為了最大限度地提高靈活性，該方法需要適用于 List<Integer>、List<Number> 和 List<Object> 等任何可以保存 Integer 值的對(duì)象。那么要編寫(xiě)處理 Integer 列表和 Integer 超類型列表的方法，就可以使用 List<? super Integer> 來(lái)指定。如以下代碼將數(shù)字 1 到 10 添加到列表的末尾：

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

4、如何使用通配符定義泛型類或接口之間的子類型關(guān)系？

泛型類或接口之間的關(guān)聯(lián)并不取決于它們的類型之間是否存在關(guān)聯(lián)。不過(guò)，我們可以使用通配符來(lái)創(chuàng)建泛型類或接口之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

給定以下兩個(gè)非泛型類：

class A { /* ... */ }
class B extends A { /* ... */ }

編寫(xiě)以下代碼是合理的：

B b = new B();
A a = b;

上邊這個(gè)例子表明常規(guī)類的繼承遵循子類型的規(guī)則：如果 B 繼承 A，那么 B.calss 就是 A.calss 的子類型。但是這個(gè)規(guī)則并不適用于泛型類型：

List<B> lb = new ArrayList<>();
List<A> la = lb;   // compile-time error

假設(shè) Integer 是 Number 的子類型，那么 List<Integer> 和 List<Number> 之間的關(guān)系是什么呢?

雖然 Integer 是 Number 的子類型，但 List<Integer> 并不是 List<Number> 的子類型，所以，這兩種類型并不相關(guān)。事實(shí)上，List<Number> 和 List<Integer> 的公共父類是 List<?>。

為了在這些類之間創(chuàng)建關(guān)系，讓代碼可以通過(guò) List<Integer> 的元素訪問(wèn) Number 的方法，可以使用一個(gè)上界通配符：

List<? extends Integer> intList = new ArrayList<>();
List<? extends Number>  numList = intList;  // OK. List<? extends Integer> is a subtype of List<? extends Number>

因?yàn)?Integer 是 Number 的子類型，而 numList 是 Number 對(duì)象的列表，所以 intList (Integer對(duì)象的列表)和 numList 之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。下圖顯示了用上下界通配符聲明的幾個(gè) List 類之間的關(guān)系。// 使用通配符可以定義兩個(gè)類型之間的關(guān)系

5、通配符的捕獲和輔助方法

在某些情況下，編譯器會(huì)自動(dòng)推斷通配符的類型。例如，列表可以定義為 List<?>，但是，當(dāng)計(jì)算表達(dá)式時(shí)，編譯器會(huì)從代碼中推斷出特定的類型，這種場(chǎng)景稱為通配符捕獲。

大多數(shù)情況下，都不需要擔(dān)心通配符的捕獲，除非看到包含短語(yǔ) “capture of” 的錯(cuò)誤消息。

如下，WildcardError 示例會(huì)在編譯時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)捕獲錯(cuò)誤：

import java.util.List;
 
public class WildcardError {
 
    void foo(List<?> i) {
        i.set(0, i.get(0));
    }
}

在本例中，編譯器將 i 輸入形參處理為 Object 類型。當(dāng) foo 方法調(diào)用 List.set(int, E) 時(shí)，編譯器無(wú)法確認(rèn)插入到列表中的對(duì)象類型，所以會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)生這種類型的錯(cuò)誤時(shí)，通常意味著編譯器認(rèn)為給變量分配了錯(cuò)誤的類型。將泛型添加到 Java 語(yǔ)言中就是出于這個(gè)原因——在編譯時(shí)加強(qiáng)類型安全。

當(dāng)使用 Oracle 的 JDK 7 javac 實(shí)現(xiàn)編譯時(shí)，WildcardError 示例會(huì)生成以下錯(cuò)誤：

WildcardError.java:6: error: method set in interface List<E> cannot be applied to given types;
    i.set(0, i.get(0));
     ^
  required: int,CAP#1
  found: int,Object
  reason: actual argument Object cannot be converted to CAP#1 by method invocation conversion
  where E is a type-variable:
    E extends Object declared in interface List
  where CAP#1 is a fresh type-variable:
    CAP#1 extends Object from capture of ?
1 error

在本例中，代碼試圖執(zhí)行安全操作，那么如何解決編譯器錯(cuò)誤呢？可以通過(guò)編寫(xiě)一個(gè)捕獲通配符的私有 helper 方法來(lái)修復(fù)它。如 WildcardFixed 所示，通過(guò)創(chuàng)建私有輔助方法 fooHelper 來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

public class WildcardFixed {
    void foo(List<?> i) {
        fooHelper(i);
    }
    // 創(chuàng)建輔助方法，以便可以通過(guò)類型推斷捕獲通配符
    private <T> void fooHelper(List<T> l) {
        l.set(0, l.get(0));
    }
}

由于使用了 helper 方法，編譯器使用推斷來(lái)確定調(diào)用中的 T 是 CAP#1，即捕獲變量。示例現(xiàn)在編譯成功。

6、通配符使用指南

在使用泛型進(jìn)行編程時(shí)，讓人比較困惑的是需要確定何時(shí)使用上界通配符，何時(shí)使用下界通配符。本節(jié)提供了一些設(shè)計(jì)代碼時(shí)要遵循的指導(dǎo)原則。// 以下是來(lái)自官方的指導(dǎo)原則

為了方便理解，可以將變量看作以下兩種形式：

1. “in” 變量：“in” 變量為代碼提供數(shù)據(jù)。比如一個(gè)復(fù)制方法有兩個(gè)參數(shù)：copy(src, dest)。src 參數(shù)提供了需要復(fù)制的數(shù)據(jù)，因此它是 “in” 形參。
2. “out” 變量：“out” 變量用來(lái)保存輸出數(shù)據(jù)，便于該數(shù)據(jù)在其他地方使用。在 copy(src, dest) 方法中， dest 參數(shù)用來(lái)接收數(shù)據(jù)，因此它是 "out" 形參。

當(dāng)然，有些變量同時(shí)用于 “輸入” 和 “輸出” 目的，下邊指南中也提到了這種情況。

在決定是否使用通配符以及使用什么類型的通配符時(shí)，可以使用 “in” 和 “out” 原則。以下列表提供了需要遵循的指導(dǎo)方針：

• 對(duì)于 “in” 變量，可以定義一個(gè)上界通配符，使用 extends 關(guān)鍵字。
• 對(duì)于“out”變量，可以定義一個(gè)下界通配符，使用 super 關(guān)鍵字。
• 如果 “in” 變量可以使用 Object.calss 中定義的方法對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)，可以使用無(wú)界通配符。
• 如果變量同時(shí)用于 “輸入” 和 “輸出”的情況下，不要使用通配符。// 限定唯一的類型

以上這些準(zhǔn)則不適用于方法的返回類型。應(yīng)該避免使用通配符作為方法的返回類型，因?yàn)樗鼤?huì)迫使使用代碼的程序員去處理通配符。

List<? extends ...> 可以認(rèn)為它是只讀的，但并不能進(jìn)行嚴(yán)格的保證，假設(shè)有以下兩個(gè)類：

class NaturalNumber {
    private int i;
    public NaturalNumber(int i) { this.i = i; }
    // ...
}
class EvenNumber extends NaturalNumber {
    public EvenNumber(int i) { super(i); }
    // ...
}

考慮下面的代碼：

List<EvenNumber> le = new ArrayList<>();
List<? extends NaturalNumber> ln = le;
ln.add(new NaturalNumber(35));  // 編譯錯(cuò)誤

因?yàn)?List<EvenNumber> 是 List<? extends NaturalNumber> 的子類型，所以可以將 le 賦值給 ln。但是卻不能用 ln 把一個(gè)自然數(shù)加到一個(gè)偶數(shù)列表中。在該列表中只可以進(jìn)行以下操作:

• 添加 null 元素。
• 調(diào)用 clear() 方法。
• 獲取迭代器并調(diào)用 remove() 方法。
• 捕獲通配符并寫(xiě)入從列表中讀取的元素。

所以，從嚴(yán)格意義上來(lái)講，List<? extends NaturalNumber> 并不是只讀的，但是卻可以認(rèn)為它是只讀的，因?yàn)椴荒茉诹斜碇写鎯?chǔ)新的元素或更改現(xiàn)有元素。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java泛型中的通配符的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java泛型的通配符內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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