Java 泛型总结（三）：通配符的使用
简介
前两篇文章介绍了泛型的基本用法、类型擦除以及泛型数组。在泛型的使用中，还有个重要的东西叫通配符，本文介绍通配符的使用。
这个系列的另外两篇文章：
- Java泛型总结（一）：基本用法与类型擦除
- Java泛型总结（二）：泛型与数组
数组的协变
在了解通配符之前，先来了解一下数组。Java中的数组是协变的，什么意思？看下面的例子：
classFruit{}
classAppleextendsFruit{}
classJonathanextendsApple{}
classOrangeextendsFruit{}
publicclassCovariantArrays{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Fruit[]fruit=newApple[10];
fruit[0]=newApple();//OK
fruit[1]=newJonathan();//OK
//RuntimetypeisApple[],notFruit[]orOrange[]:
try{
//CompilerallowsyoutoaddFruit:
fruit[0]=newFruit();//ArrayStoreException
}catch(Exceptione){System.out.println(e);}
try{
//CompilerallowsyoutoaddOranges:
fruit[0]=newOrange();//ArrayStoreException
}catch(Exceptione){System.out.println(e);}
}
}/*Output:
java.lang.ArrayStoreException:Fruit
java.lang.ArrayStoreException:Orange
*///:~
main方法中的第一行，创建了一个Apple数组并把它赋给Fruit数组的引用。这是有意义的，Apple是Fruit的子类，一个Apple对象也是一种Fruit对象，所以一个Apple数组也是一种Fruit的数组。这称作数组的协变，Java把数组设计为协变的，对此是有争议的，有人认为这是一种缺陷。
尽管Apple[]可以“向上转型”为Fruit[]，但数组元素的实际类型还是Apple，我们只能向数组中放入Apple或者Apple的子类。在上面的代码中，向数组中放入了Fruit对象和Orange对象。对于编译器来说，这是可以通过编译的，但是在运行时期，JVM能够知道数组的实际类型是Apple[]，所以当其它对象加入数组的时候就会抛出异常。
泛型设计的目的之一是要使这种运行时期的错误在编译期就能发现，看看用泛型容器类来代替数组会发生什么：
//CompileError:incompatibletypes: ArrayListflist=newArrayList ();
上面的代码根本就无法编译。当涉及到泛型时，尽管Apple是Fruit的子类型，但是ArrayList
使用通配符
从上面我们知道，List
上边界限定通配符
利用形式的通配符，可以实现泛型的向上转型：
publicclassGenericsAndCovariance{
publicstaticvoidmain(String[]args){
//Wildcardsallowcovariance:
Listflist=newArrayList();
//CompileError:can'taddanytypeofobject:
//flist.add(newApple());
//flist.add(newFruit());
//flist.add(newObject());
flist.add(null);//Legalbutuninteresting
//WeknowthatitreturnsatleastFruit:
Fruitf=flist.get(0);
}
}
上面的例子中，flist的类型是List 我们可以把它读作：一个类型的List，这个类型可以是继承了Fruit的某种类型。注意，这并不是说这个List可以持有Fruit的任意类型。通配符代表了一种特定的类型，它表示“某种特定的类型，但是flist没有指定”。这样不太好理解，具体针对这个例子解释就是，flist引用可以指向某个类型的List，只要这个类型继承自Fruit，可以是Fruit或者Apple，比如例子中的newArrayList
如上所述，通配符List表示某种特定类型(Fruit或者其子类)的List，但是并不关心这个实际的类型到底是什么，反正是Fruit的子类型，Fruit是它的上边界。那么对这样的一个List我们能做什么呢？其实如果我们不知道这个List到底持有什么类型，怎么可能安全的添加一个对象呢？在上面的代码中，向flist中添加任何对象，无论是Apple还是Orange甚至是Fruit对象，编译器都不允许，唯一可以添加的是null。所以如果做了泛型的向上转型(Listflist=newArrayList
另一方面，如果调用某个返回Fruit的方法，这是安全的。因为我们知道，在这个List中，不管它实际的类型到底是什么，但肯定能转型为Fruit，所以编译器允许返回Fruit。
了解了通配符的作用和限制后，好像任何接受参数的方法我们都不能调用了。其实倒也不是，看下面的例子：
publicclassCompilerIntelligence{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Listflist=
Arrays.asList(newApple());
Applea=(Apple)flist.get(0);//Nowarning
flist.contains(newApple());//Argumentis‘Object'
flist.indexOf(newApple());//Argumentis‘Object'
//flist.add(newApple());无法编译
}
}
在上面的例子中，flist的类型是List ，泛型参数使用了受限制的通配符，所以我们失去了向其中加入任何类型对象的例子，最后一行代码无法编译。
但是flist却可以调用contains和indexOf方法，它们都接受了一个Apple对象做参数。如果查看ArrayList的源代码，可以发现add()接受一个泛型类型作为参数，但是contains和indexOf接受一个Object类型的参数，下面是它们的方法签名：
publicbooleanadd(Ee) publicbooleancontains(Objecto) publicintindexOf(Objecto)
所以如果我们指定泛型参数为时，add()方法的参数变为?extendsFruit，编译器无法判断这个参数接受的到底是Fruit的哪种类型，所以它不会接受任何类型。
然而，contains和indexOf的类型是Object，并没有涉及到通配符，所以编译器允许调用这两个方法。这意味着一切取决于泛型类的编写者来决定那些调用是“安全”的，并且用Object作为这些安全方法的参数。如果某些方法不允许类型参数是通配符时的调用，这些方法的参数应该用类型参数，比如add(Ee)。
当我们自己编写泛型类时，上面介绍的就有用了。下面编写一个Holder类：
publicclassHolder{ privateTvalue; publicHolder(){} publicHolder(Tval){value=val;} publicvoidset(Tval){value=val;} publicTget(){returnvalue;} publicbooleanequals(Objectobj){ returnvalue.equals(obj); } publicstaticvoidmain(String[]args){ Holder Apple=newHolder (newApple()); Appled=Apple.get(); Apple.set(d); //Holder Fruit=Apple;//Cannotupcast Holderfruit=Apple;//OK Fruitp=fruit.get(); d=(Apple)fruit.get();//Returns‘Object' try{ Orangec=(Orange)fruit.get();//Nowarning }catch(Exceptione){System.out.println(e);} //fruit.set(newApple());//Cannotcallset() //fruit.set(newFruit());//Cannotcallset() System.out.println(fruit.equals(d));//OK } }/*Output:(Sample) java.lang.ClassCastException:ApplecannotbecasttoOrange true *///:~
在Holer类中，set()方法接受类型参数T的对象作为参数，get()返回一个T类型，而equals()接受一个Object作为参数。fruit的类型是Holder，所以set()方法不会接受任何对象的添加，但是equals()可以正常工作。
下边界限定通配符
通配符的另一个方向是“超类型的通配符“:?superT，T是类型参数的下界。使用这种形式的通配符，我们就可以”传递对象”了。还是用例子解释：
publicclassSuperTypeWildcards{
staticvoidwriteTo(Listapples){
apples.add(newApple());
apples.add(newJonathan());
//apples.add(newFruit());//Error
}
}
writeTo方法的参数apples的类型是List 它表示某种类型的List，这个类型是Apple的基类型。也就是说，我们不知道实际类型是什么，但是这个类型肯定是Apple的父类型。因此，我们可以知道向这个List添加一个Apple或者其子类型的对象是安全的，这些对象都可以向上转型为Apple。但是我们不知道加入Fruit对象是否安全，因为那样会使得这个List添加跟Apple无关的类型。
在了解了子类型边界和超类型边界之后，我们就可以知道如何向泛型类型中“写入”(传递对象给方法参数)以及如何从泛型类型中“读取”(从方法中返回对象)。下面是一个例子：
publicclassCollections{
publicstaticvoidcopy(Listdest,Listsrc)
{
for(inti=0;i
src是原始数据的List，因为要从这里面读取数据，所以用了上边界限定通配符：，取出的元素转型为T。dest是要写入的目标List，所以用了下边界限定通配符：，可以写入的元素类型是T及其子类型。
无边界通配符
还有一种通配符是无边界通配符，它的使用形式是一个单独的问号：List，也就是没有任何限定。不做任何限制，跟不用类型参数的List有什么区别呢？
Listlist表示list是持有某种特定类型的List，但是不知道具体是哪种类型。那么我们可以向其中添加对象吗？当然不可以，因为并不知道实际是哪种类型，所以不能添加任何类型，这是不安全的。而单独的Listlist，也就是没有传入泛型参数，表示这个list持有的元素的类型是Object，因此可以添加任何类型的对象，只不过编译器会有警告信息。
总结
通配符的使用可以对泛型参数做出某些限制，使代码更安全，对于上边界和下边界限定的通配符总结如下：
- 使用Listlist这种形式，表示list可以引用一个ArrayList(或者其它List的子类)的对象，这个对象包含的元素类型是C的子类型(包含C本身）的一种。
- 使用Listlist这种形式，表示list可以引用一个ArrayList(或者其它List的子类)的对象，这个对象包含的元素就类型是C的超类型(包含C本身)的一种。
大多数情况下泛型的使用比较简单，但是如果自己编写支持泛型的代码需要对泛型有深入的了解。这几篇文章介绍了泛型的基本用法、类型擦除、泛型数组以及通配符的使用，涵盖了最常用的要点，泛型的总结就写到这里。
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