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

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

其他回答

为了理解这个问题,比较数组是很有用的。

List<Dog>不是List<Animal>的子类。但狗[]是动物[]的子类。

数组是可具体化和协变的。可重用意味着它们的类型信息在运行时完全可用。因此,数组提供运行时类型安全性,但不提供编译时类型安全。

    // All compiles but throws ArrayStoreException at runtime at last line
    Dog[] dogs = new Dog[10];
    Animal[] animals = dogs; // compiles
    animals[0] = new Cat(); // throws ArrayStoreException at runtime

对于泛型,情况也是如此:泛型被删除且不变。因此,泛型不能提供运行时类型安全,但它们提供编译时类型安全。在下面的代码中,如果泛型是协变的,则可能在第3行造成堆污染。

    List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
    List<Animal> animals = dogs; // compile-time error, otherwise heap pollution
    animals.add(new Cat());

答案和其他答案都是正确的。我将用我认为会有帮助的解决方案来补充这些答案。我认为这在编程中经常出现。需要注意的一点是,对于集合(列表、集合等),主要问题是添加到集合。这就是问题所在。即使移除也可以。

在大多数情况下,我们可以使用集合<?扩展T>而不是集合<T>,这应该是首选。然而,我发现这样做并不容易。关于这是否始终是最好的做法,这是一个值得争论的问题。我在这里介绍一个类DownCastCollection,它可以转换集合<?将T>扩展到集合<T>(我们可以为List、Set、NavigableSet等定义类似的类),以便在使用标准方法时使用。下面是一个如何使用它的示例(在这种情况下,我们也可以使用Collection<?extendsObject>,但我保持简单,以说明使用DownCastCollection。

/**Could use Collection<? extends Object> and that is the better choice. 
* But I am doing this to illustrate how to use DownCastCollection. **/

public static void print(Collection<Object> col){  
    for(Object obj : col){
    System.out.println(obj);
    }
}
public static void main(String[] args){
  ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
  list.addAll(Arrays.asList("a","b","c"));
  print(new DownCastCollection<Object>(list));
}

现在开始上课:

import java.util.AbstractCollection;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;

public class DownCastCollection<E> extends AbstractCollection<E> implements Collection<E> {
private Collection<? extends E> delegate;

public DownCastCollection(Collection<? extends E> delegate) {
    super();
    this.delegate = delegate;
}

@Override
public int size() {
    return delegate ==null ? 0 : delegate.size();
}

@Override
public boolean isEmpty() {
    return delegate==null || delegate.isEmpty();
}

@Override
public boolean contains(Object o) {
    if(isEmpty()) return false;
    return delegate.contains(o);
}
private class MyIterator implements Iterator<E>{
    Iterator<? extends E> delegateIterator;

    protected MyIterator() {
        super();
        this.delegateIterator = delegate == null ? null :delegate.iterator();
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return delegateIterator != null && delegateIterator.hasNext();
    }

    @Override
    public  E next() {
        if(!hasNext()) throw new NoSuchElementException("The iterator is empty");
        return delegateIterator.next();
    }

    @Override
    public void remove() {
        delegateIterator.remove();

    }

}
@Override
public Iterator<E> iterator() {
    return new MyIterator();
}



@Override
public boolean add(E e) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

@Override
public boolean remove(Object o) {
    if(delegate == null) return false;
    return delegate.remove(o);
}

@Override
public boolean containsAll(Collection<?> c) {
    if(delegate==null) return false;
    return delegate.containsAll(c);
}

@Override
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

@Override
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    if(delegate == null) return false;
    return delegate.removeAll(c);
}

@Override
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    if(delegate == null) return false;
    return delegate.retainAll(c);
}

@Override
public void clear() {
    if(delegate == null) return;
        delegate.clear();

}

}

另一个解决方案是建立一个新的列表

List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); 
List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(dogs);
animals.add(new Cat());

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。

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。