Java 逆變與協變_ZenDei技術網路在線

最近一直忙於學習模電、數電，搞得頭暈腦脹，難得今天晚上擠出一些時間來分析一下Java中的逆變、協變。Java早於C#引入逆變、協變，兩者在與C#稍有不同，Java中的逆變、協變引入早於C#，故在形式沒有C#直觀（Google推出的基於jvm的Kotlin語音，則完全走向了C#的路線）。Java中逆變 ...

最近一直忙於學習模電、數電，搞得頭暈腦脹，難得今天晚上擠出一些時間來分析一下Java中的逆變、協變。Java早於C#引入逆變、協變，兩者在與C#稍有不同，Java中的逆變、協變引入早於C#，故在形式沒有C#直觀（Google推出的基於jvm的Kotlin語音，則完全走向了C#的路線）。Java中逆變、協變，在泛型集合使用中更多些、更直觀（像C#中的用法在Java中較少出現，但並非不可）。

正常泛型集合的使用

示例代碼如下：

public static void main(String[] args) {
        
        ArrayList<Number> alist = new ArrayList<>();
        alist.add(new Integer(10));
        alist.add(new Float(10.12));
        
        Number n = alist.get(0);
    }

對於alist集合而言，泛型類型參數 Number 已限定其可容納的類型。Integer/Float 類型的對象都可成功加入，並能通過get(index)獲取（獲取時註意類型為Number）。通過這個示例，可以看到正常泛型集合可 "存取規範的類型及其子類型對象"。

協變

如下示例代碼：

public class Person {

}
public class Student extends Person{

}
public class Teacher extends Person{

}
public static void main(String[] args) { 
    ArrayList<Person> alist = new ArrayList<>(); 
    ArrayList<Student> slist = new ArrayList<>(); 
    //類型轉換錯誤 
    alist = slist; 
}

在 Java 中 Person雖是Student的父類，但泛型 ArrayList<Person> 卻並非 ArrayList<Student>的父類，所以 alist = slist 類型不相容。上面程式中的目的是用 slist 替代 alist的實際功能，因此在以後使用 alist 時實際調用的應該是 slist 對應的功能。

在 Java 中要滿足上述需求，應該具備2個條件：

1、放入數據時調用 alist.add(e) 要保證參數e，能轉換為 slist.add(e) 中所需類型

2、獲取數據時調用 alist.get(index) 的實際執行者 slist.get(index) 返回的結果能夠轉換為 alist 聲明的Person類型

上麵條件2是成立的，但條件1卻並不一定成立。因 ArrayList<Person> 規範類型為Person，Student、Teacher都滿足alist.add(e)的要求，卻並不滿足 slist.add(e)對類型必須是Student的要求。

修改代碼如下：

public static void main(String[] args) {
        
        ArrayList<? extends Person> alist = new ArrayList<>(); 
        ArrayList<Student> slist = new ArrayList<>(); 
        //類型轉換正常 
        alist = slist; 
        //添加數據錯誤
        alist.add(new Student());
        //正常
        Person p = alist.get(0);
    }


? extends Person 指明 alist 賦值的泛型集合約束類型只要是 extends Person 的就可以，因此將 ArrayList<Student> slist 賦值給 alist 滿足泛型類型參數約束。

alist.add(e) 根據 ? extend Person 的定義，e只要是 Person 類型或其子類型就可滿足添加條件，然而 slist 只允許 Student 類型對象加入，因此前面所說的條件1無法保證（null可以被加入，但卻意義） 。

因此Java中（根據前面2個條件分析可得到該結論）使用 extends 聲明的泛型或泛型集合，只能從其中取值，不能向其中添值。

extends 聲明的集合只能用於從其中取出元素，可能有朋友會問“不能向其中放入值，又何來從其中取值”。看下麵的代碼：

public static void main(String[] args) {
        
            ArrayList<Student> slist = new ArrayList<>(); 
            slist.add(new Student());
            
            ArrayList<Teacher> tlist = new ArrayList<>(); 
            tlist.add(new Teacher());
            
            test(slist);
            test(tlist);      
    }
    private static void test(List<? extends Person> list) {
        for(Person p : list){
            System.out.println(p.toString());
        }
    }

通過上面的代碼很容易發現，test方法的參數 list 在方法內部不允許添加元素（null除外）；但在 main 中卻可以向 slist、tlist 中添加元素，並作為實參傳遞到 test 方法的調用過程中。從 test 方法的角度分析，參數 list 裡面具體存放的是Person？Student？Teacher？無所謂，這裡統一當作Person對象來用絕對是類型安全的。這種把 泛型約束的子類型當作泛型約束的父類型 來用的情況就是協變。

逆變

示例代碼：

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Person> alist = new ArrayList<>(); 
        ArrayList<Student> slist = new ArrayList<>(); 
        //類型轉換錯誤 
        slist = alist; 
    }

如上代碼意欲使用 alist 替代 slist 進行元素的存儲，跟進前面的分析上面代碼編譯錯誤。

在 Java 中要滿足上述需求，應該具備2個條件：

1、放入數據時調用 slist.add(e) 要保證參數e，能轉換為 alist.add(e) 中所需類型

2、獲取數據時調用 slist.get(index) 的實際執行者 alist.get(index) 返回的結果能夠轉換為 slist 聲明的Student類型

上麵條件1是成立的，但條件2卻並不一定成立。因 ArrayList<Person> 規範類型為Person，Student、Teacher都滿足alist.add(e)的要求，alist.get(index) 返回值卻並一定滿足 slist.get(index)返回值必須是Student類型的要求。

修改代碼如下：

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Object> alist = new ArrayList<>();
        ArrayList<? super Person> slist = new ArrayList<>();
        // 正常
        slist = alist;
        slist.add(new Student());
        slist.add(new Teacher());
        // 錯誤
        slist.add(new Object());

        Object obj = slist.get(0);
    }

? super Person 指明 slist 賦值的泛型集合約束類型只要是 super Person 的就可以，因此將 ArrayList<Object> alist 賦值給 slist 滿足泛型類型參數約束。

？ super Person 雖指明集合可容納Person的父類類型（僅是有容納能力），但 Person 的繼承關係、層級並不明確（Person來自其他jar包）。因此該泛型約束對於Person的父類型並無約束能力，所以 super 禁止添加Person父類型到集合中（有能力容納，但不允許放入），只能放入Person及其子類型。

slist.get(index)調用實際上執行的是alist.get(index)，最終返回值類型是Person？Teacher？Student？ 不得而知，所以使用 super 聲明的泛型集合get返回只能為Object類型。

因此Java中（根據前面2個條件分析可得到該結論）使用 super 聲明的泛型或泛型集合，只能向其中添值，不要從其中取值（取回的值均為 Object 類型，沒有意義）。

同樣有朋友會問 super 聲明的泛型集合只放不取有何意義？看下麵代碼：

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Person> alist = new ArrayList<>(); 
        test2(alist); 
        for(Person p : alist){
            System.out.println(p.toString());
        }
    }
    
    
    public static void test2(List<? super Person> list){
        list.add(new Student());
        list.add(new Teacher());
    }

通過上面的代碼很容易發現，在 main 中 alist 有明確的類型，並作為實參傳遞到 test2 方法的調用過程中。從 test2 方法的角度分析，可以向集合中添加Person及其子類對象。這種把 泛型約束的父類型當作泛型約束的子類型 來用的情況就是逆變。

說明：

Java 中使用逆變、協變的機會並不算多。如果要使用請記住：如果限定集合僅可放入值時用 super、如果要限定集合僅可取出值時用 extends、如果集合既需要放入值又要取出值時用標準泛型集合。

文章寫的倉促，若有不妥請各位朋友指正。