Java 泛型中的通配符

本文内容如下:

1、 什么是类型擦除

2、常用的 ？, T, E, K, V, N的含义

3、上界通配符 < ？extends E>

4、下界通配符 < ？super E>

5、什么是PECS原则

6、通过一个案例来理解 ？和 T 和 Object 的区别

一、什么是类型擦除？

我们说Java的泛型是伪泛型，那是因为泛型信息只存在于代码编译阶段，在生成的字节码中是不包含泛型中的类型信息的，使用泛型的时候加上类型参数，在编译器编译的时候会去掉，这个过程为类型擦除。

泛型是Java 1.5版本才引进的概念，在这之前是没有泛型的，但是因为类型擦除特性，让泛型代码能够很好地和之前版本的代码兼容。

我们来看个案例

(图1)

因为这里泛型定义为Integer类型集合，所以添加String的时候在编译时期就会直接报错。

那是不是就一定不能添加了呢？答案是否定的，我们可以通过Java泛型中的类型擦除特点及反射机制实现。

如下

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList();
        list.add(6);
        //反射机制实现
        Class<? extends ArrayList> clazz = list.getClass();
        Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
        add.invoke(list, "欢迎关注:后端元宇宙");
        System.out.println("list = " + list);
    }

运行结果

list = [6, 欢迎关注:后端元宇宙]

二、案例实体准备

这里先建几个实体，为后面举例用

Animal类

@Data
@AllArgsConstructor
public class Animal {

    /**
     * 动物名称
     */
    private String name;

    /**
     * 动物毛色
     */
    private String color;
}

Pig类 :Pig是Animal的子类

public class Pig  extends  Animal{
    public Pig(String name,String color){
        super(name,color);
    }
}

Dog类: Dog也是Animal的子类

public class Dog extends Animal {

    public Dog(String name,String color){
        super(name,color);
    }
}

三、常用的 ？, T, E, K, V, N的含义

我们在泛型中使用通配符经常看到T、F、U、E，K，V其实这些并没有啥区别,我们可以选 A-Z 之间的任何一个字母都可以，并不会影响程序的正常运行。

只不过大家心照不宣的在命名上有些约定:

• T (Type) 具体的Java类
• E (Element)在集合中使用，因为集合中存放的是元素
• K V (key value) 分别代表java键值中的Key Value
• N （Number）数值类型
• ? 表示不确定的 Java 类型

四、上界通配符 < ? extends E>

语法：<? extends E>

举例：<? extends Animal> 可以传入的实参类型是Animal或者Animal的子类

两大原则

• add：除了null之外，不允许加入任何元素！
• get：可以获取元素，可以通过E或者Object接受元素！因为不管存入什么数据类型都是E的子类型

示例

  public static void method(List<? extends Animal> lists){
        //正确 因为传入的一定是Animal的子类
        Animal animal = lists.get(0);
        //正确 当然也可以用Object类接收，因为Object是顶层父类
        Object object = lists.get(1);
        //错误 不能用？接收
        ? t = lists.get(2);
        // 错误
        lists.add(new Animal());
        //错误
        lists.add(new Dog());
        //错误
        lists.add(object);
        //正确 除了null之外，不允许加入任何元素！
        lists.add(null);
    }

五、下界通配符 < ? super E>

语法： <? super E>

举例 ：<? super Dog> 可以传入的实参的类型是Dog或者Dog的父类类型

两大原则

• add：允许添加E和E的子类元素！
• get：可以获取元素，但传入的类型可能是E到Object之间的任何类型，也就无法确定接收到数据类型，所以返回只能使用Object引用来接受！如果需要自己的类型则需要强制类型转换。

示例

  public static void method(List<? super Dog> lists){
        //错误 因为你不知道？到底啥类型
        Animal animal = lists.get(0);
        //正确 只能用Object类接收
        Object object = lists.get(1);
        //错误 不能用？接收
        ? t = lists.get(2);
        //错误
        lists.add(object);
        //错误
        lists.add(new Animal());
        //正确
        lists.add(new Dog());
        //正确 可以存放null元素
        lists.add(null);
    }

六、什么是PECS原则？

PECS原则:生产者(Producer)使用extends,消费者(Consumer)使用super。

原则

• 如果想要获取，而不需要写值则使用" ? extends T "作为数据结构泛型。
• 如果想要写值，而不需要取值则使用" ? super T "作为数据结构泛型。

示例-

public class PESC {
    ArrayList<? extends Animal> exdentAnimal;
    ArrayList<? super Animal> superAnimal;
    Dog dog = new Dog("小黑", "黑色");

    private void test() {
        //正确
        Animal a1 = exdentAnimal.get(0);
        //错误
        Animal a2 = superAnimal.get(0);

        //错误
        exdentAnimal.add(dog);
        //正确
        superAnimal.add(dog);
    }
}

示例二

Collections集合工具类有个copy方法，我们可以看下源码,就是PECS原则。

   public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        int srcSize = src.size();
        if (srcSize > dest.size())
            throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");

        if (srcSize < COPY_THRESHOLD ||
            (src instanceof RandomAccess && dest instanceof RandomAccess)) {
            for (int i=0; i<srcSize; i++)
                dest.set(i, src.get(i));
        } else {
            ListIterator<? super T> di=dest.listIterator();
            ListIterator<? extends T> si=src.listIterator();
            for (int i=0; i<srcSize; i++) {
                di.next();
                di.set(si.next());
            }
        }
    }

我们按照这个源码简单改造下

public class CollectionsTest {

    /**
     * 将源集合数据拷贝到目标集合
     *
     * @param dest 目标集合
     * @param src  源集合
     * @return 目标集合
     */
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        int srcSize = src.size();
        for (int i = 0; i < srcSize; i++) {
            dest.add(src.get(i));
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Animal> animals = new ArrayList();
        ArrayList<Pig> pigs = new ArrayList();
        pigs.add(new Pig("黑猪", "黑色"));
        pigs.add(new Pig("花猪", "花色"));

        CollectionsTest.copy(animals, pigs);
        System.out.println("dest = " + animals);
    }

}

运行结果

dest = [Animal(name=黑猪, color=黑色), Animal(name=花猪, color=花色)]

七、通过一个案例来理解 ？和 T 和 Object 的区别

1、实体转换

我们在实际开发中，经常进行实体转换，比如SO转DTO,DTO转DO等等，所以需要一个转换工具类。

如下示例

/**
 *  实体转换工具类
 *
 *  TODO 说明该工具类不能直接用于生产，因为为了代码看去清爽点，我少了一些必要检验，所以如果直接拿来使用可以会在某些场景下会报错。
 */
public class EntityUtil {

    /**
     * 集合实体转换
     *
     * @param target 目标实体类
     * @param list   源集合
     * @return 装有目标实体的集合
     */
    public static <T> List<T> changeEntityList(Class<T> target, List<?> list) throws Exception {
        if (list == null || list.size() == 0) {
            return null;
        }
        List<T> resultList = new ArrayList<T>();
        //用Object接收
        for (Object obj : list) {
            resultList.add(changeEntityNew(target, obj));
        }
        return resultList;
    }

    /**
     * 实体转换
     *
     * @param target 目标实体class对象
     * @param baseTO 源实体
     * @return 目标实体
     */
    public static <T> T changeEntity(Class<T> target, Object baseTO) throws Exception{
        T obj = target.newInstance();
        if (baseTO == null) {
            return null;
        }
        BeanUtils.copyProperties(baseTO, obj);
        return obj;
    }
}

使用工具类示例

  private void  changeTest() throws Exception {
        ArrayList<Pig> pigs = new ArrayList();
        pigs.add(new Pig("黑猪", "黑色"));
        pigs.add(new Pig("花猪", "花色"));
        //实体转换
        List<Animal> animals = EntityUtil.changeEntityList(Animal.class, pigs);
    }

这是一个很好的例子，从这个例子中我们可以去理解 ？和 T 和 Object的使用场景。

我们先以集合转换来说

 public static <T> List<T> changeEntityListNew(Class<T> target, List<?> list);

首先其实我们并不关心传进来的集合内是什么对象，我们只关系我们需要转换的集合内是什么对象，所以我们传进来的集合就可以用List<?>表示任何对象的集合都可以。

返回呢，这里指定的是Class<T>，也就是返回最终是List<T>集合。

再以实体转换方法为例

public static <T> T changeEntityNew(Class<T> target, Object baseTO)

同样的，我们并不关心源对象是什么，我们只关心需要转换的对象，只需关心需要转换的对象为T。

那为什么这里用Object上面用？呢,其实上面也可以改成List<Object> list,效果是一样的，上面List<?> list在遍历的时候最终不就是用Object接收的吗

?和Object的区别

？类型不确定和Object作用差不多,好多场景下可以通用，但？可以缩小泛型的范围，如：List<? extends Animal>，指定了范围只能是Animal的子类，但是用List<Object>,没法做到缩小范围。

总结

• 只用于读功能时，泛型结构使用<? extends T>
• 只用于写功能时，泛型结构使用<? super T>
• 如果既用于写，又用于读操作，那么直接使用<T>
• 如果操作与泛型类型无关，那么使用<?>

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