先来看一个错误:

List<? extends Foo> list1 = new ArrayList<Foo>();
List<? extends Foo> list2 = new ArrayList<Foo>();

/* Won't compile */
list2.add( new Foo() ); //error 1
list1.addAll(list2); //error 2

error 1:

IntelliJ says:

add(capture<? extends Foo>) in List cannot be applied to add(Foo)

The compiler says:

cannot find symbol
symbol : method addAll(java.util.List<capture#692 of ? extends Foo>)
location: interface java.util.List<capture#128 of ? extends Foo>

error 2:

IntelliJ gives me

addAll(java.util.Collection<? extends capture<? extends Foo>>) in List cannot be applied to addAll(java.util.List<capture<? extends Foo>>)


Whereas the compiler just says

cannot find symbol
symbol : method addAll(java.util.List<capture#692 of ? extends Foo>)
location: interface java.util.List<capture#128 of ? extends Foo>
list1.addAll(list2);

下面会一步一步,逐步推导出,为什么会出现上面的错误,以及背后的原因

泛型不是协变的

在 Java 语言中,数组是协变的,也就是说,如果 Integer 扩展了 Number,那么不仅 Integer 是 Number,而且 Integer[] 也是 Number[],在要求 Number[] 的地方完全可以传递或者赋予 Integer[]。(更正式地说,如果 Number是 Integer 的超类型,那么 Number[] 也是 Integer[]的超类型)。但是在泛型类型中 List< Number> 不是 List< Integer> 的超类型,也就是说在需要 List< Number> 的地方不能传递 List< Integer>。为啥呢?如果不这么做,将破坏要提供的类型安全泛型。

泛型是为了在编译期,检查参数类型的是否正确。如果子类赋值给超类,将破坏了类型安全

对于数组来说,String[] 是可以赋值给Object[]:

public class Test {
public static void main(String[] args) {
String[] strArray = new String[3];
Object[] objArray = strArray;
}
}

集合这么写就会有编译错误:

public class Test {
public static void main(String[] args) {
List<String> strList = new ArrayList<>();
// 编译 Error:(14, 32) java: 不兼容的类型: java.util.List<java.lang.String>无法转换为java.util.List<java.lang.Object>
List<Object> objList = strList;
}
}

PECS法则

在泛型不是协变中提到,在使用 List< Number> 的地方不能传递 List< Integer>,那么有没有办法能让他两兼容使用呢?答案是:有,可以使用通配符。

主要是 extends 和 super 关键字。比如:

HashMap< T extends String>;
HashMap< ? extends String>;
HashMap< T super String>;
HashMap< ? super String>;

主要涉及的是Java泛型中重要的PECS法则:

? extends T

类型的上界是 T,参数化类型可能是 T 或 T 的子类:

public class Test {
static class Food {}
static class Fruit extends Food {}
static class Apple extends Fruit {}

public static void main(String[] args) throws IOException {
List<? extends Fruit> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add(new Food()); // compile error
fruits.add(new Fruit()); // compile error
fruits.add(new Apple()); // compile error

fruits = new ArrayList<Fruit>(); // compile success
fruits = new ArrayList<Apple>(); // compile success
fruits = new ArrayList<Food>(); // compile error
fruits = new ArrayList<? extends Fruit>(); // compile error: 通配符类型无法实例化

Fruit object = fruits.get(0); // compile success
}
}

存入数据:

  • 赋值是参数化类型为 Fruit 的集合和其子类的集合都可以成功,通配符类型无法实例化。
  • 编译器会阻止将Strawberry类加入fruits。在向fruits中添加元素时,编译器会检查类型是否符合要求。因为编译器只知道fruits是Fruit某个子类的List,但并不知道这个子类具体是什么类,为了类型安全,只好阻止向其中加入任何子类。
  • 那么可不可以加入Fruit呢?很遗憾,也不可以。事实上,不能往使用了​​? extends​​的数据结构里写入任何的值。

读取数据

但是,由于编译器知道它总是Fruit的子类型,因此我们总可以从中读取出Fruit对象:

Fruit fruit = fruits.get(0);
  • 1

? super T

表示类型的下界是 T,参数化类型可以是 T 或 T 的超类:

public class Test {
static class Food {}
static class Fruit extends Food {}
static class Apple extends Fruit {}

public static void main(String[] args) throws IOException {
List<? super Fruit> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add(new Food()); // compile error
fruits.add(new Fruit()); // compile success
fruits.add(new Apple()); // compile success

fruits = new ArrayList<Fruit>(); // compile success
fruits = new ArrayList<Apple>(); // compile error
fruits = new ArrayList<Food>(); // compile success
fruits = new ArrayList<? super Fruit>(); // compile error: 通配符类型无法实例化

Fruit object = fruits.get(0); // compile error
}
}

存入数据:

  • super 通配符类型同样不能实例化,Fruit 和其超类的集合均可赋值
  • 这里 add 时 Fruit 及其子类均可成功,为啥呢?因为已知 fruits 的参数化类型必定是 Fruit 或其超类 T,那么 Fruit 及其子类肯定可以赋值给 T。
  • 出于对类型安全的考虑,我们可以加入Apple对象或者其任何子类(如RedApple)对象(因为编译器会自动向上转型),但由于编译器并不知道List的内容究竟是Apple的哪个超类,因此不允许加入特定的任何超类型。

读取数据

编译器在不知道这个超类具体是什么类,只能返回Object对象,因为Object是任何Java类的最终祖先类。

Object fruit = apples.get(0);
  • 1

PECS原则总结

从上述两方面的分析,总结PECS原则如下:

  • 如果要从集合中读取类型T的数据,并且不能写入,可以使用 ? extends 通配符;(Producer Extends)
  • 如果要从集合中写入类型T的数据,并且不需要读取,可以使用 ? super 通配符;(Consumer Super)
  • 如果既要存又要取,那么就不要使用任何通配符。