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

我想说,Generics的全部观点是它不允许这样做。考虑数组的情况,它确实允许这种类型的协方差:

  Object[] objects = new String[10];
  objects[0] = Boolean.FALSE;

该代码编译良好,但抛出运行时错误(第二行中的java.lang.ArrayStoreException:java.lang.Boolean)。它不是类型安全的。Generics的目的是增加编译时类型安全性,否则您可以只使用没有泛型的普通类。

现在有些时候你需要更加灵活,这就是为什么?超级班和?扩展类用于。前者是当您需要插入到类型Collection中时(例如),后者是当需要以类型安全的方式从中读取时。但同时做到这两个的唯一方法是拥有一种特定的类型。

其他回答

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>。

问题已经很好地确定了。但有一个解决方案;使doSomething通用:

<T extends Animal> void doSomething<List<T> animals) {
}

现在,您可以使用List<Dog>或List<Cat>或List<Animal>调用doSomething。

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。

问题已正确识别为与差异有关,但详细信息不正确。纯函数列表是协变数据函子,这意味着如果Sub类型是Super的子类型,那么Sub列表绝对是Super列表的子类型。

然而,列表的可变性并不是这里的基本问题。问题是总体上的可变性。这个问题是众所周知的,被称为协方差问题,我认为它是卡斯塔尼亚首先发现的,它完全彻底地破坏了作为一个通用范式的对象定向。这是基于Cardelli和Reynolds之前建立的方差规则。

有点过于简单化,让我们将T型对象B分配给T型对象A作为突变。这不失一般性:a的突变可以写成a=f(a),其中f:T->T。当然,问题是,虽然函数在其共域中是协变的,但它们在其域中是逆变的,但通过赋值,域和共域是相同的,因此赋值是不变的!

因此,概括而言,亚型不能突变。但是对象定向突变是根本的,因此对象定向本质上是有缺陷的。

这里有一个简单的例子:在纯函数设置中,对称矩阵显然是一个矩阵,它是一个子类型,没有问题。现在,让我们在矩阵中添加一项功能,即在坐标(x,y)处设置一个元素,规则是其他元素不变。现在对称矩阵不再是一个子类型,如果你改变了(x,y),你也改变了(y,x)。函数运算是delta:Sym->Mat,如果你改变对称矩阵的一个元素,你会得到一个一般的非对称矩阵。因此,如果在Mat中包含“更改一个元素”方法,Sym不是子类型。事实上几乎肯定没有合适的亚型。

简单地说,如果你有一个通用的数据类型,其中包含大量的变异器,这些变异器利用了它的通用性,你可以确定任何适当的子类型都不可能支持所有这些变异:如果可以,它将与超类型一样通用,与“适当”子类型的规范相反。

事实上,Java阻止了可变列表的子类型化,这并不能解决真正的问题:几十年前,当Java受到质疑时,为什么要使用面向对象的垃圾呢??

无论如何,这里有一个合理的讨论:

https://en.wikipedia.org/wiki/Covariance_and_contravariance_(计算机科学)