我对Java泛型如何处理继承/多态性有点困惑。
假设以下层次结构-
动物（父母）
狗-猫（儿童）
所以假设我有一个doSomething方法（列出＜Animal＞动物）。根据继承和多态性的所有规则，我会假设List<Dog>是List<Animal>，List<Cat>是List<Animal>-因此任何一个都可以传递给这个方法。不是这样。如果我想实现这种行为，我必须通过说doSomething（list<？extendsAnimal>动物）来明确告诉方法接受Animal的任何子类的列表。
我知道这是Java的行为。我的问题是为什么？为什么多态性通常是隐式的，但当涉及泛型时，必须指定它？
当前回答
我看到这个问题已经被回答了很多次，只想在同一个问题上输入我的意见。
让我们继续创建一个简化的Animal类层次结构。
abstract class Animal {
void eat() {
System.out.println("animal eating");
}
}
class Dog extends Animal {
void bark() { }
}
class Cat extends Animal {
void meow() { }
}
现在让我们看看我们的老朋友Arrays，我们知道它隐式支持多态性-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
Animal[] animals = {new Dog(), new Cat(), new Dog()};
Dog[] dogs = {new Dog(), new Dog(), new Dog()};
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(Animal[] animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
该类编译良好，当我们运行上面的类时，我们得到输出
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
这里需要注意的是，takeAnimals（）方法被定义为接受Animal类型的任何东西，它可以接受Animal类型的数组，也可以接受Dog类型的数组。这就是多态性的作用。
现在让我们对泛型使用相同的方法，
现在假设我们稍微调整一下代码，使用ArrayList而不是Arrays-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
takeAnimals(animals);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
上面的类将编译并生成输出-
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
所以我们知道这是可行的，现在让我们稍微调整一下这个类，使其以多态的方式使用Animal类型-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
ArrayList<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
看起来编译上面的类应该没有问题，因为takeAnimals（）方法被设计为接受Animal和Dog-is-Animal类型的任何ArrayList，因此它不应该成为交易破坏者。
但是，不幸的是，编译器抛出了一个错误，不允许我们将Dog ArrayList传递给期望Animal ArrayList的变量。
你问为什么？
因为想象一下，如果JAVA允许将Dog ArrayList-dogs-放入Animal ArrayList中-animals-然后在takeAnimals（）方法中，有人会这样做-
animals.add(new Cat());
认为这应该是可行的，因为理想情况下它是一个Animal ArrayList，您应该能够将任何猫添加到其中，作为cat-is-also-Animal，但实际上您将一个Dog类型的ArrayList传递给了它。
所以，现在您必须想到，数组也应该发生同样的情况。你这样想是对的。
如果有人试图用Arrays做同样的事情，那么Arrays也会抛出一个错误，但Arrays在运行时处理这个错误，而ArrayList在编译时处理这个问题。
其他回答
我看到这个问题已经被回答了很多次，只想在同一个问题上输入我的意见。
让我们继续创建一个简化的Animal类层次结构。
abstract class Animal {
void eat() {
System.out.println("animal eating");
}
}
class Dog extends Animal {
void bark() { }
}
class Cat extends Animal {
void meow() { }
}
现在让我们看看我们的老朋友Arrays，我们知道它隐式支持多态性-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
Animal[] animals = {new Dog(), new Cat(), new Dog()};
Dog[] dogs = {new Dog(), new Dog(), new Dog()};
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(Animal[] animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
该类编译良好，当我们运行上面的类时，我们得到输出
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
这里需要注意的是，takeAnimals（）方法被定义为接受Animal类型的任何东西，它可以接受Animal类型的数组，也可以接受Dog类型的数组。这就是多态性的作用。
现在让我们对泛型使用相同的方法，
现在假设我们稍微调整一下代码，使用ArrayList而不是Arrays-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
takeAnimals(animals);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
上面的类将编译并生成输出-
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
所以我们知道这是可行的，现在让我们稍微调整一下这个类，使其以多态的方式使用Animal类型-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
ArrayList<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
看起来编译上面的类应该没有问题，因为takeAnimals（）方法被设计为接受Animal和Dog-is-Animal类型的任何ArrayList，因此它不应该成为交易破坏者。
但是，不幸的是，编译器抛出了一个错误，不允许我们将Dog ArrayList传递给期望Animal ArrayList的变量。
你问为什么？
因为想象一下，如果JAVA允许将Dog ArrayList-dogs-放入Animal ArrayList中-animals-然后在takeAnimals（）方法中，有人会这样做-
animals.add(new Cat());
认为这应该是可行的，因为理想情况下它是一个Animal ArrayList，您应该能够将任何猫添加到其中，作为cat-is-also-Animal，但实际上您将一个Dog类型的ArrayList传递给了它。
所以，现在您必须想到，数组也应该发生同样的情况。你这样想是对的。
如果有人试图用Arrays做同样的事情，那么Arrays也会抛出一个错误，但Arrays在运行时处理这个错误，而ArrayList在编译时处理这个问题。
不，列表＜狗＞不是列表＜动物＞。考虑一下你可以用列表＜动物＞做什么——你可以在其中添加任何动物……包括一只猫。现在，你能在一窝小狗中加入一只猫吗？绝对不是。
// Illegal code - because otherwise life would be Bad
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); // ArrayList implements List
List<Animal> animals = dogs; // Awooga awooga
animals.add(new Cat());
Dog dog = dogs.get(0); // This should be safe, right?
突然你有一只非常困惑的猫。
现在，您不能将猫添加到列表<？扩展Animal>，因为你不知道它是List＜Cat＞。您可以检索一个值并知道它将是一个Animal，但不能添加任意的Animal。列表<？super Animal>-在这种情况下，您可以安全地将Animal添加到其中，但您不知道可能从中检索到什么，因为它可能是List＜Object＞。
我认为，其他答案中提到的一点是
List＜Dog＞不是Java中的List＜Animal＞
这也是事实
狗的列表是英文的动物列表（在合理的解释下）
OP的直觉运作方式——当然这是完全有效的——是后一句话。然而，如果我们运用这种直觉，我们得到的语言在其类型系统中不是Java风格的：假设我们的语言确实允许将猫添加到我们的狗列表中。这意味着什么？这意味着该列表不再是狗的列表，而仅仅是动物的列表。还有一张哺乳动物的列表和一张四足动物的列表。
换一种说法：Java中的List＜Dog＞在英语中并不意味着“一个狗的列表”，它的意思是“一个只有狗的列表。”。
更一般地说，OP的直觉倾向于一种语言，在这种语言中，对对象的操作可以改变其类型，或者更确切地说，对象的类型是其值的（动态）函数。
其他人已经很好地解释了为什么不能将后代列表转换为超类列表。
然而，许多人访问这个问题以寻求解决方案。
因此，自Java版本10以来，该问题的解决方案如下：
（注：S=超类）
List<S> supers = List.copyOf( descendants );
如果完全安全，则此函数将执行强制转换，如果强制转换不安全，则该函数将执行复制。
有关深入解释（考虑到此处其他答案提到的潜在陷阱），请参阅相关问题和我2022年的答案：https://stackoverflow.com/a/72195980/773113
您要查找的是所谓的协变类型参数。这意味着，如果在方法中可以用一种类型的对象替换另一种类型（例如，Animal可以替换为Dog），那么同样的情况也适用于使用这些对象的表达式（因此List＜Animal＞可以替换为List＜Dog＞）。问题是，一般来说，协方差对于可变列表来说是不安全的。假设您有一个List<Dog>，并且它被用作List<Animal>。当你试图将一只猫添加到这个列表<动物>中时会发生什么？自动允许类型参数为协变会破坏类型系统。
添加语法以允许将类型参数指定为协变将是有用的，这避免了？在方法声明中扩展了Foo，但这确实增加了额外的复杂性。
