Java逆變與協變

引子

《Effective Java》中第25條中《列表優于數組》中提到數組是協變的,相反泛型是不可變的

其實用于描述Java類型轉換后的繼承關系一共有三種,協變,逆變不可變

其定義為:

如果A、B表示類型 f(?) 表示類型轉換, 表示繼承關系(比如,A≤B 表示A是由B派生出來的子類);

  • f(?) 是逆變(contravariant)的,當A≤B時有f(B)≤f(A)成立

  • f(?) 是協變(covariant)的,當A≤B時有f(A)≤f(B)成立

  • f(?) 是不變(invariant)的,當A≤B時上述兩個式子均不成立,即f(A)與f(B)相互之間沒有繼承關系

協變

數組是協變的,那就意味著String是Object的子類,則String[] 是 Object[]的子類,但是會有一個問題:

    Object[] objArray = new Integer[1];
    objArray[0] = "a string";

這段代碼是合法的,但是在運行時就會因為類型不符報錯

不可變

泛型是不可變的,這意味著

    ArrayList<Object> objArray = new ArrayList<Object>();
    objArray.add("a string");

是無法通過編譯的。根據不可變的定義,ArrayList<Object> 和 ArrayList<String>沒有繼承關系

這樣的設計是為了保證類型安全,根據《Effective Java》中的說法:


    // Why generic array creation is illegal - won't compile
    List<String>[] stringLists = new ArrayList<String>[1]; // (1)
    List<Integer> intList = Arrays.asList(42);             // (2)
    Object[] objects = stringLists;                        // (3)
    objects[0] = intList;                                  // (4)
    String s = stringLists[0].get(0);                      // (5)

假設(1)是編譯正確的,那么在(5)的時候就必然會出現類型不匹配,因為它嘗試把整型賦值給字符類型的

泛型類型中利用通配符(extends/super)來實現協變和逆變

List<? extends Fruit> 表明每個item是Fruit/Fruit的子類,這其實表明了泛型的上線,實現了協變

同樣,List<? super Fruit> 表明每個item都是Fruit/Furit的基類,這表明了泛型的下線,實現了逆變

泛型的協變/逆變使用依靠著一個PECS原則,即Provider Extends Consumer Super

還以List為例:

    // 前提為Apple為Fruit的派生子類
    List<? extends Fruit> list = new ArrayList<Apple>();
    list.add(new Apple());

這樣的寫法是無法通過編譯的,會提示類型不符,因為? extends Furit表明了Furit或者Furit的派生子類。如果我們存入Apple,在get時強轉為Apple自然是不會有問題,但是如果我存入Banana,同樣是水果,那么在get時就會報錯,這樣是類型不安全的

泛型通過擦除來實現的,? extends Furit在編譯階段只是一個標記,和數組具體化類型是不一樣的

那么作為一個Consumer,應當使用super

   // 前提為Apple為Fruit的派生子類
    List<? super Fruit> list = new ArrayList<Food>();
    list.add(new Apple());

這段代碼是編譯通過的,只要類型要求是Fruit/Fruit的基類,那么存入的類型必定可以強轉為Fruit/Fruit的基類,是類型安全的

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