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

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();

}

}

其他回答

List<Dog>不是List<Animal>的原因是,例如,您可以将猫插入List<Animate>,但不能插入List<Dog>。。。在可能的情况下,可以使用通配符使泛型更具可扩展性;例如,从List<Dog>中读取与从List<Animal>中读取类似,但不是写入。

《Java语言中的泛型》和《Java教程》中的“泛型”一节对为什么某些事物是多态的或不多态的或允许使用泛型进行了非常好、深入的解释。

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。

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。

子类型对于参数化类型是不变的。即使严格来说,类Dog是Animal的子类型,但参数化类型List<Dog>不是List<Animal>的子类型。相反,协变子类型由数组使用,因此数组类型狗[]是动物[]的一个亚型。

不变的子类型确保不违反Java强制的类型约束。考虑@Jon Skeet给出的以下代码:

List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(1);
List<Animal> animals = dogs;
animals.add(new Cat()); // compile-time error
Dog dog = dogs.get(0);

正如@Jon Skeet所说,这段代码是非法的,因为否则它会违反类型约束,在狗期望的时候返回一只猫。

将上述代码与数组的类似代码进行比较是有指导意义的。

Dog[] dogs = new Dog[1];
Object[] animals = dogs;
animals[0] = new Cat(); // run-time error
Dog dog = dogs[0];

该代码是合法的。但是,引发数组存储异常。数组在运行时携带其类型,JVM可以这样强制协变子类型的类型安全性。

为了进一步理解这一点,让我们看一下javap生成的字节码:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demonstration {
    public void normal() {
        List normal = new ArrayList(1);
        normal.add("lorem ipsum");
    }

    public void parameterized() {
        List<String> parameterized = new ArrayList<>(1);
        parameterized.add("lorem ipsum");
    }
}

使用命令javap-c演示,这将显示以下Java字节码:

Compiled from "Demonstration.java"
public class Demonstration {
  public Demonstration();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public void normal();
    Code:
       0: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: iconst_1
       5: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."<init>":(I)V
       8: astore_1
       9: aload_1
      10: ldc           #4                  // String lorem ipsum
      12: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      17: pop
      18: return

  public void parameterized();
    Code:
       0: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: iconst_1
       5: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."<init>":(I)V
       8: astore_1
       9: aload_1
      10: ldc           #4                  // String lorem ipsum
      12: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      17: pop
      18: return
}

观察方法体的翻译代码是否相同。编译器通过删除来替换每个参数化类型。此属性至关重要,这意味着它不会破坏向后兼容性。

总之,参数化类型的运行时安全性是不可能的,因为编译器通过删除来替换每个参数化类型。这使得参数化类型只不过是语法糖。

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。