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

这里给出的答案并不能完全说服我,所以我再举一个例子。

public void passOn(Consumer<Animal> consumer, Supplier<Animal> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

听起来不错,不是吗?但你只能通过动物消费者和供应商。如果你有哺乳动物的消费者,但鸭子的供应商,尽管它们都是动物,但它们不应该适合。为了禁止这种行为,增加了额外的限制。

我们必须定义我们使用的类型之间的关系,而不是上述内容。

例如。,

public <A extends Animal> void passOn(Consumer<A> consumer, Supplier<? extends A> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

确保我们只能使用为消费者提供正确类型对象的供应商。

OTOH,我们也可以

public <A extends Animal> void passOn(Consumer<? super A> consumer, Supplier<A> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

我们的方向相反:我们定义供应商的类型,并限制其可以投放给消费者。

我们甚至可以做到

public <A extends Animal> void passOn(Consumer<? super A> consumer, Supplier<? extends A> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

其中,有了“生活”->“动物”->“哺乳动物”->“狗”、“猫”等直观关系,我们甚至可以将“哺乳动物”放入“生活”消费者,但不能将“字符串”放入“生命”消费者。

其他回答

让我们以JavaSE教程为例

public abstract class Shape {
    public abstract void draw(Canvas c);
}

public class Circle extends Shape {
    private int x, y, radius;
    public void draw(Canvas c) {
        ...
    }
}

public class Rectangle extends Shape {
    private int x, y, width, height;
    public void draw(Canvas c) {
        ...
    }
}

因此,为什么狗(圆圈)的列表不应被视为动物(形状)的列表,是因为这种情况:

// drawAll method call
drawAll(circleList);


public void drawAll(List<Shape> shapes) {
   shapes.add(new Rectangle());    
}

因此,Java“架构师”有两个选项可以解决这个问题:

不要认为子类型是隐式的,它是父类型,并给出编译错误,就像现在发生的那样将子类型视为它的父类型,并在编译“add”方法时进行限制(因此在drawAll方法中,如果要传递圆的列表(形状的子类型),编译器应该检测到这一点,并用编译错误限制您这样做)。

出于明显的原因,他们选择了第一条路。

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());

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)

这里给出的答案并不能完全说服我,所以我再举一个例子。

public void passOn(Consumer<Animal> consumer, Supplier<Animal> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

听起来不错,不是吗?但你只能通过动物消费者和供应商。如果你有哺乳动物的消费者,但鸭子的供应商,尽管它们都是动物,但它们不应该适合。为了禁止这种行为,增加了额外的限制。

我们必须定义我们使用的类型之间的关系,而不是上述内容。

例如。,

public <A extends Animal> void passOn(Consumer<A> consumer, Supplier<? extends A> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

确保我们只能使用为消费者提供正确类型对象的供应商。

OTOH,我们也可以

public <A extends Animal> void passOn(Consumer<? super A> consumer, Supplier<A> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

我们的方向相反:我们定义供应商的类型,并限制其可以投放给消费者。

我们甚至可以做到

public <A extends Animal> void passOn(Consumer<? super A> consumer, Supplier<? extends A> supplier) {
    consumer.accept(supplier.get());
}

其中,有了“生活”->“动物”->“哺乳动物”->“狗”、“猫”等直观关系,我们甚至可以将“哺乳动物”放入“生活”消费者,但不能将“字符串”放入“生命”消费者。

关于Jon Skeet的回答,他使用了以下示例代码:

// 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?

在最深层次上,这里的问题是狗和动物共享一个参考。这意味着一种方法是复制整个列表,这将打破引用相等:

// This code is fine
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
dogs.add(new Dog());
List<Animal> animals = new ArrayList<>(dogs); // Copy list
animals.add(new Cat());
Dog dog = dogs.get(0);   // This is fine now, because it does not return the Cat

在调用List<Animal>animals=new ArrayList<>(狗);后;,您随后不能将动物直接分配给狗或猫:

// These are both illegal
dogs = animals;
cats = animals;

因此,您不能将错误的Animal子类型放入列表中,因为没有错误的子类型--任何子类型的对象?扩展动物可以添加到动物。

显然,这改变了语义,因为动物和狗的列表不再共享,所以添加到一个列表不会添加到另一个列表中(这正是您想要的,以避免将猫添加到只应包含狗对象的列表中的问题)。此外,复制整个列表可能效率低下。然而,通过打破引用相等性,这确实解决了类型等价问题。