前言

和是Java泛型中的“通配符（Wildcards）”和“边界（Bounds）”的概念。
  • <? extends T>：是指“上界通配符（Upper Bounds Wildcards）”
  • <? super T>：是指“下界通配符（Lower Bounds Wildcards）”；

1、为什么使用通配符和边界

使用泛型的过程中，经常出现一种很别扭的情况。我们有Fruit类，和它的派生类Apple类

//水果类
class Fruit{}
//苹果类
class Apple extends Fruit{}

然后有一个 最简单的容器：

Plate类。盘子里可以放一个泛型的“东西”。我们可以对这个东西做最简单的“放”和“取”的动作：*set( )和get( )*方法。

//盘子类
class Plate<T>{
    private T item;
    public Plate(T t){
        this.item = t;
    }
    public T getItem() {
        return item;
    }
    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }
}

现在定义一个水果盘子，逻辑上水果盘子当然可以装苹果

Plate<Fruit> plate = new Plate<Apple>(new Apple());

但实际上Java编译器不允许这个操作，会报错。“装苹果的盘子”无法转换成“装水果的盘子”。

Error:(xx, xx) java: 不兼容的类型: Plate<SuperAndExtends.Apple>无法转换为Plate<SuperAndExtends.Fruit>

编译器的逻辑是这样的：

  • 苹果 IS-A 水果
  • 装苹果的盘子 NOT-IS-A 装水果的盘子

所以，就算容器里装的==东西之间有继承关系==，但==容器之间是没有继承关系==的。所以我们不可以把Plate的引用传递给Plate

为了让泛型用起来更舒服，Sun的大脑袋们就想出了<? extends T>和<? super T>的办法，来让”水果盘子“和”苹果盘子“之间发生关系。

2、什么是上界

Plate<？ extends Fruit>

翻译成人话就是：一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子。再直白点就是：啥水果都能放的盘子。这和我们人类的逻辑就比较接近了。

Plate<？ extends Fruit>和Plate<Apple>最大的区别就是：Plate<？ extends Fruit>是Plate<Fruit>以及Plate<Apple>的基类。直接的好处就是，我们可以用“苹果盘子”给“水果盘子”赋值了。

 Plate<? extends Fruit> plate = new Plate<Apple>(new Apple());

如果把Fruit和Apple的例子再扩展一下，食物分成水果和肉类，水果有苹果和香蕉，肉类有猪肉和牛肉，苹果还有两种青苹果和红苹果。

//Lev 1
class Food{}
//Lev 2
class Fruit extends Food{}
class Meat extends Food{}
//Lev 3
class Apple extends Fruit{}
class Banana extends Fruit{}
class Pork extends Meat{}
class Beef extends Meat{}
//Lev 4
class RedApple extends Apple{}
class GreenApple extends Apple{}

在这个体系中，上界通配符“Plate<？ extends Fruit>” 覆盖下图中蓝色的区域

aXr4LF.png

3、什么是下界

Plate<？ super Fruit>

一个能放水果以及一切是水果基类的盘子。

Plate<？ super Fruit>是Plate<Fruit>的基类，但不是Plate<Apple>的基类。对应刚才那个例子，Plate<？ super Fruit>覆盖下图中红色的区域。

aXs7nS.png

4、上下界通配符的副作用

边界让Java不同泛型之间的转换更容易了。但不要忘记，这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。还是以刚才的Plate为例。我们可以对盘子做两件事，往盘子里set( )新东西，以及从盘子里get( )东西。

class Plate<T>{
    private T item;
    public Plate(T t){
        this.item = t;
    }
    public T getItem() {
        return item;
    }
    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }
}

4.1、上界不能往里存，只能往外取

<? extends Fruit>会使往盘子里放东西的set( )方法失效。但取东西get( )方法还有效。比如下面例子里两个set()方法，插入Apple和Fruit都报错。

Plate<? extends Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());
//不能存入任何元素
p.set(new Fruit());    //Error
p.set(new Apple());    //Error

//读取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里。
Fruit newFruit1=p.get();
Object newFruit2=p.get();
Apple newFruit3=p.get();    //Error

原因是编译器只知道容器内是Fruit或者它的派生类，但具体是什么类型不知道。可能是Fruit？可能是Apple？也可能是Banana，RedApple，GreenApple？存在歧义。编译器在看到后面用Plate<Apple>赋值以后，盘子里没有被标上有“苹果”。而是标上一个占位符：CAP#1，来表示捕获一个Fruit或Fruit的子类，具体是什么类不知道，代号CAP#1。然后无论是想往里插入Apple或者Meat或者Fruit编译器都不知道能不能和这个CAP#1匹配，所以就都不允许。

通配符<?>和类型参数<T>的区别就在于，对编译器来说所有的T都代表同一种类型。比如下面这个泛型方法里，三个T都指代同一个类型，要么都是String，要么都是Integer。

public <T> List<T> fill(T... t);

但通配符<?>没有这种约束，Plate<?>单纯的就表示：盘子里放了一个东西，是什么我不知道。

所以错误就在这里，因为不确定性，Plate<？ extends Fruit>里什么都放不进去。

4.2 下界不影响往里存，但往外取只能放在Object对象里

使用下界<? super Fruit>会使从盘子里取东西的get( )方法部分失效，只能存放到Object对象里。set( )方法正常。

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());

//存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());


//读取出来的东西只能存放在Object类里。
Apple newFruit3=p.get();    //Error
Fruit newFruit1=p.get();    //Error
Object newFruit2=p.get();

因为下界规定了元素的最小粒度的下限，实际上是放松了容器元素的类型控制。既然元素是Fruit的基类，那往里存粒度比Fruit小的都可以。但往外读取元素就费劲了，只有所有类的基类Object对象才能装下(因为对顶层类的不确定，所以使用最顶层来来接收)。但这样的话，元素的类型信息就全部丢失。

5、PECS原则

PECS（Producer Extends Consumer Super）原则

  • 频繁往外读取内容的：适用上界Extends；
  • 经常往里插入的：适用下界Super；
  • 两者皆有的：那就都用，<? super T, ? extends T>；