extends通配符

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我们前面已经讲到了泛型的继承关系：Pair<Integer>不是 Pair<Number> 的子类。

假设我们定义了Pair<T>：

public class Pair<T> {...}

然后，我们又针对 Pair<Number> 类型写了一个静态方法，它接收的参数类型是Pair<Number>：

public class PairHelper {static int add(Pair<Number> p) {Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        return first.intValue() + last.intValue();
    }
}

上述代码是可以正常编译的。使用的时候，我们传入：

int sum = PairHelper.add(new Pair<Number>(1, 2));

注意：传入的类型是Pair<Number>，实际参数类型是(Integer, Integer)。

既然实际参数是 Integer 类型，试试传入Pair<Integer>：

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
        int n = add(p);
        System.out.println(n);
    }

    static int add(Pair<Number> p) {Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        return first.intValue() + last.intValue();
    }
}

class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair(T first, T last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public T getFirst() {return first;
    }
    public T getLast() {return last;
    }
}

直接运行，会得到一个编译错误：

incompatible types: Pair<Integer> cannot be converted to Pair<Number>

原因很明显，因为 Pair<Integer> 不是 Pair<Number> 的子类，因此，add(Pair<Number>)不接受参数类型Pair<Integer>。

但是从 add() 方法的代码可知，传入 Pair<Integer> 是完全符合内部代码的类型规范，因为语句：

Number first = p.getFirst();
Number last = p.getLast();

实际类型是Integer，引用类型是Number，没有问题。问题在于方法参数类型定死了只能传入Pair<Number>。

有没有办法使得方法参数接受 Pair<Integer>？办法是有的，这就是使用Pair<? extends Number> 使得方法接收所有泛型类型为 Number 或Number子类的 Pair 类型。我们把代码改写如下：

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
        int n = add(p);
        System.out.println(n);
    }

    static int add(Pair<? extends Number> p) {Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        return first.intValue() + last.intValue();
    }
}

class Pair<T> {private T first;
    private T last;
    public Pair(T first, T last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public T getFirst() {return first;
    }
    public T getLast() {return last;
    }
}

这样一来，给方法传入 Pair<Integer> 类型时，它符合参数 Pair<? extends Number> 类型。这种使用 <? extends Number> 的泛型定义称之为上界通配符（Upper Bounds Wildcards），即把泛型类型 T 的上界限定在 Number 了。

除了可以传入 Pair<Integer> 类型，我们还可以传入 Pair<Double> 类型，Pair<BigDecimal>类型等等，因为 Double 和BigDecimal都是 Number 的子类。

如果我们考察对 Pair<? extends Number> 类型调用 getFirst() 方法，实际的方法签名变成了：

<? extends Number> getFirst();

即返回值是 Number 或Number的子类，因此，可以安全赋值给 Number 类型的变量：

Number x = p.getFirst();

然后，我们不可预测实际类型就是Integer，例如，下面的代码是无法通过编译的：

Integer x = p.getFirst();

这是因为实际的返回类型可能是 Integer，也可能是Double 或者其他类型，编译器只能确定类型一定是 Number 的子类（包括 Number 类型本身），但具体类型无法确定。

我们再来考察一下 Pair<T> 的set方法：

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
        int n = add(p);
        System.out.println(n);
    }

    static int add(Pair<? extends Number> p) {Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        p.setFirst(new Integer(first.intValue() + 100));
        p.setLast(new Integer(last.intValue() + 100));
        return p.getFirst().intValue() + p.getFirst().intValue();
    }
}

class Pair<T> {private T first;
    private T last;

    public Pair(T first, T last) {this.first = first;
        this.last = last;
    }

    public T getFirst() {return first;
    }
    public T getLast() {return last;
    }
    public void setFirst(T first) {this.first = first;
    }
    public void setLast(T last) {this.last = last;
    }
}

不出意外，我们会得到一个编译错误：

incompatible types: Integer cannot be converted to CAP#1
where CAP#1 is a fresh type-variable:
    CAP#1 extends Number from capture of ? extends Number

编译错误发生在 p.setFirst() 传入的参数是 Integer 类型。有些童鞋会问了，既然 p 的定义是 Pair<? extends Number>，那么setFirst(? extends Number) 为什么不能传入Integer？

原因还在于擦拭法。如果我们传入的 p 是Pair<Double>，显然它满足参数定义 Pair<? extends Number>，然而，Pair<Double> 的setFirst()显然无法接受 Integer 类型。

这就是 <? extends Number> 通配符的一个重要限制：方法参数签名 setFirst(? extends Number) 无法传递任何 Number 的子类型给setFirst(? extends Number)。

这里唯一的例外是可以给方法参数传入null：

p.setFirst(null); // ok, 但是后面会抛出 NullPointerException
p.getFirst().intValue(); // NullPointerException

extends 通配符的作用

如果我们考察 Java 标准库的 java.util.List<T> 接口，它实现的是一个类似“可变数组”的列表，主要功能包括：

public interface List<T> {int size(); // 获取个数
    T get(int index); // 根据索引获取指定元素
    void add(T t); // 添加一个新元素
    void remove(T t); // 删除一个已有元素
}

现在，让我们定义一个方法来处理列表的每个元素：

int sumOfList(List<? extends Integer> list) {int sum = 0;
    for (int i=0; i<list.size(); i++) {Integer n = list.get(i);
        sum = sum + n;
    }
    return sum;
}

为什么我们定义的方法参数类型是 List<? extends Integer> 而不是 List<Integer>？从方法内部代码看，传入List<? extends Integer> 或者 List<Integer> 是完全一样的，但是，注意到 List<? extends Integer> 的限制：

• 允许调用 get() 方法获取 Integer 的引用；
• 不允许调用 set(? extends Integer) 方法并传入任何 Integer 的引用（null除外）。

因此，方法参数类型 List<? extends Integer> 表明了该方法内部只会读取 List 的元素，不会修改 List 的元素（因为无法调用 add(? extends Integer)、remove(? extends Integer) 这些方法。换句话说，这是一个对参数 List<? extends Integer> 进行只读的方法（恶意调用 set(null) 除外）。

使用 extends 限定 T 类型

在定义泛型类型 Pair<T> 的时候，也可以使用 extends 通配符来限定 T 的类型：

public class Pair<T extends Number> {...}

现在，我们只能定义：

Pair<Number> p1 = null;
Pair<Integer> p2 = new Pair<>(1, 2);
Pair<Double> p3 = null;

因为 Number、Integer 和Double都符合<T extends Number>。

非 Number 类型将无法通过编译：

Pair<String> p1 = null; // compile error!
Pair<Object> p2 = null; // compile error!

因为 String、Object 都不符合 <T extends Number>，因为它们不是Number 类型或 Number 的子类。

小结

使用类似 <? extends Number> 通配符作为方法参数时表示：

• 方法内部可以调用获取 Number 引用的方法，例如：Number n = obj.getFirst();；
• 方法内部无法调用传入 Number 引用的方法（null除外），例如：obj.setFirst(Number n);。

即一句话总结：使用 extends 通配符表示可以读，不能写。

使用类似 <T extends Number> 定义泛型类时表示：

• 泛型类型限定为 Number 以及 Number 的子类。