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

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。

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());

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