Java 泛型 PECS

Posted on 2021-11-23 In Java Views: Views:

在 Java 的泛型集合使用中，我们经常可以看到这样的语法：<? super T> 、<? extends T>。例如

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boolean addAll(Collection<? extends E> c);

public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c, T... elements);

上面的两个方法，前一个是负责将集合 c 中的元素添加到当前实例集合中，而后一个方法是将 elements 添加到指定集合 c 中。这一使用方式通常称为 PECS (由 Joshua Bloch 在 Effective Java 一书中首次提到)。

Producer extends Consumer super

为什么使用泛型通配符？

Java 的泛型用于提供类型安全（type safety）和不变性（invariant）支持。例如 List<Integer> ，此时 Java 便能确保该集合中的元素都是 Integer。

但在许多时候，我们可能面对这样的场景：需要将子类型或超类型作为参数传递给一个方法，以完成具体的任务。此时，我们需要引入协变（covariance，限制引用）及逆变（contra-variance，扩展引用）。

理解 <? extends T>

我们可以联系现实，考虑这样一个例子，假设有一篮子水果，我们需要从篮子中取出水果，且必须确保取出的东西一定是水果。

那么在该例子，我们便可以用 List<? extends Fruit> 来定义水果集合：

class Fruit {
    @Override
    public String toString() {
        return "I am a Fruit !!";
    }
}
class Apple extends Fruit {
    @Override
    public String toString() {
        return "I am an Apple !!";
    }
}
public class ProducerExtendsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // List of apples
        List<Apple> apples = new ArrayList<>();
        apples.add(new Apple());
        
        // We can assign a list of apples to a basket of fruits.
        // because apple is subtype of fruit
        List<? extends Fruit> basket = apples;
        
        // Here we know that in basket there is nothing but fruit only
        for (Fruit fruit : basket) {
            System.out.println(fruit);
        }
        
        // basket.add(new Apple()); // Compile time error
        // basket.add(new Fruit()); // Compile time error
    }
}

从上面例子上看，basket 篮子中我们能够确保其中的所有元素均是 Fruit。在最后两行代码，我们尝试向该篮子添加一个 Apple 和 Fruit ，此时 Java 编程器并不允许，这是因为 <? extends Fruit> 仅告诉了编译器要处理 Fruit 的子类型，但它并不知道具体的实际子类型是什么，因此无法向 basket 中添加元素。

在上面例子中，List<? extends Fruit> baskset 可以看作是一个生产者，负责产出水果。
因此，当我们只需要从一个集合中检索元素时，可以把该集合当作是一个生产者，并使用 <? extends T> 语法。

理解 <? super T>

对于 <? super T> ，我们对上述例子进行简单修改，考虑将不同的水果添加到篮子中，此时篮子可以看作是一个消费者：

class Fruit {
    @Override
    public String toString() {
     	return "I am a Fruit !!";   
    }
}
class Apple extends Fruit {
    @Override
    public String toString() {
        return "I am an Apple !!";
    }
}
class AsianApple extends Apple {
    @Override
    public String toString() {
    	return "I am an AsianApple !!";
    }
}
public class ConsumerSuperExample {
    public static void main(String[] args) {
        // List of apples
        List<Apple> apples = new ArrayList<>();
        apples.add(new Apple());
        
        // We can assign a list of apples to a basket of apples.
        List<? super Apple> basket = apples;
        
        basket.add(new Apple()); // Successful
        basket.add(new AsianApple()); // Successful
        // basket.add(new Fruit()); // Compile time error
    }
}

可以看到，我们能够把 Apple 以及 AsianApple 放入到 basket 篮子中，而 Fruit 则不行。这是因为 List<? super Apple> 期望包含的对象引用应该是 Apple 的超类，尽管我们不知道具体的超类是什么，但通过李氏原则，在 Java 中，我们永远可以将子类型赋予其超类型，因此，我们可以把 Apple 和 AsianApple 放入到 basket 中，因为它们都是 ? super Apple 的子类型。

在上述例子可以了解到，集合 List<? super Apple> basket 负责消费元素，i.e 苹果。
因此，当我们仅需要向某一集合中添加元素时，可以考虑把该集合当作是一个消费者，使用 <? super T> 语法来处理。

总结

基于上述例子，对于 PECS 原则，我们可以做以下总结：

1、当需要从一个集合中检索类型 T 的对象时，使用 <? extends T> 通配符语法；

2、当需要将类型 T 的对象添加到某一集合中时，使用 <? super T> 通配符语法；

3、如果需要同时处理两种语义时，则不应该使用通配符；

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Java 泛型 PECS

为什么使用泛型通配符？

理解 <? extends T>

理解 <? super T>

总结

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