Android开发之深入理解泛型extends和super的区别

2018-01-05 15:59 阅读 556 次 评论 0 条
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摘要:

什么是泛型?什么是擦除边界?什么是上界限定或下界限定(子类型限定或超类型限定)?什么是类型安全?泛型extends关和super关键字结合通配符?使用的区别,两种泛型在实际Android开发中有什么用处?

一、什么是泛型?

泛型,大概的意思是指没有指定具体的类型的类或方法,以泛型的形式传入一个类中或方法中,在Java编程(Android编程)里面使用一对尖括号和一个大写字母表示,例如:

//泛型类
public interface List<E>{}

//泛型方法,类型参数位于返回类型之前或void之前
public static <E> boolean contains(E [] arr, E x){
   for(E val:arr){
      if(x.equal(val)){
         return true;
      }
   }
   return false;
}

尖括号中的内容常用一个大写的字母表示,但也可以是任意的单词或同时传入多个泛型,它的命名规则遵循类名的命名规则(首字母大写),例如:

public interface List<AnyType,A,B,C>{}

在一个声明了传入泛型的类中,我们可以考虑传入,也可以考虑不传入,比如,现在我们需要一个列表存放数据(但没有明确数据的类型),那么实例化的列表,就可以存放各种类型的数据,代码如下:

//没有具体类型的列表
ArrayList<> mDataSet=new ArrayList<>(); 
        mDataSet.add(new Object());
        mDataSet.add(new String());
        mDataSet.add(new Integer(0));
        mDataSet.add(new Animal());

//指定具体类型的列表(存储其他类型,编译不通过,编译器报错)
ArrayList<String> mDataSetStr=new ArrayList<>();
        mDataSetStr.add(new String());

泛型指定具体类型

为了更好理解通配符的用法,现在我们先定几个继承关系的类:WhiteCuteHelloKittyCuteHelloKittyHelloKittyCatAnimal,如下图:

泛型extends和super区别

通配符?既可以单独使用,也可以结合Java关键字extendssuper一起使用,关于它们之间的区别在后面介绍,例如:

  //通配符单独使用
ArrayList<?> mDataSetType=new ArrayList<>();
  //通配符结合关键字extends一起使用
ArrayList<? extends Animal> mAnimalChildren = new ArrayList<>();
  //通配符结合关键字super一起使用
ArrayList<? super HelloKitty> mAnimalParents = new ArrayList<>();

这里,没有列举完泛型的用法,关于其他的一些用法可以参考其他文档,继续我们下面的介绍。

二、 什么是擦除边界?

擦除边界,指一个具体的类型,抽象成一个泛型,那么我们就可以在编写代码的时候,根据实际需要指定具体的类型,符合依赖抽象的编程思想。我们使用IDE或Eclipse开发工具编写代码时,在编译期会将传入的具体类型代替泛型,同时方便使用具体类型的属性和方法,比如,我们在一个列表中指定存储Animal这个具体类,那么我们就可以方便使用Animal内部的属性和方法,例如:

    class Animal {
        String name;

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }
    }

ArrayList<Animal> mAnimals = new ArrayList<>();
//指定ArrayList的泛型具体类为Animal,其对象可以存储Animal及其子类的对象
        mAnimals.add(new Animal());
        mAnimals.add(new Cat());
        mAnimals.add(new HelloKitty());

//方便使用Animal内部的属性和方法
        String name=mAnimals.get(0).name;
               name=mAnimals.get(1).getName();

简单地说,擦除边界就像一个正方形去掉了四边,变成一个没有固定大小没有边界的图片,在以后需要使用的时候,再给它指定具体的类型,指定的类型可以是圆形、矩形、三角形或六边形、心形等。

三、什么是上界限定或下界限定?

在Java程序中,类与类之间最重要的一种关系——继承关系,简单的描述是一个纵向的排列关系(如上面Animal的UML图)。上界,指的是往上能够找到的最顶端的类(忽略Object类);下界,指的是外下能够找到的最末端的类。泛型<? extends HelloKitty>表示的是所有继承自HelloKitty的子类,那么通配符表示的上界是HelloKitty,但我们不知道它的下界;泛型<? super CuteHelloKitty>表示的是所有CuteHelloKitty的超类,通配符?表示的下界是CuteHelloKitty,同理我们不知道它的上界。于是,初学者在看一些介绍extendssuper区别的文章时,容易将extends的上界和super的下界混到一起记忆,实际上它们彼此拥有自己的上界与下界,这是特别需要注意的!

四、什么是类型安全?

类型安全,指的是在编码阶段,编译器自动对代码进行检查,检查变量或方法的调用是否符合当前类型,如果有不符合的情况,Java编译器就会提示错误,比如,一个HelloKitty的对象mHelloKitty允许调用自身声明或继承的属性和方法,这是符合类型安全的;但是,一个HelloKitty的对象mHelloKitty不允许调用子类CuteHelloKittyWhiteCuteHelloKitty声明的属性和方法,如果强行调用了,编译器会提示错误,这是不符合类型安全的。

简单地说,上溯造型是符合类型安全的,下溯造型是不符合类型安全的。

五、 通配符?与extends、super关键字使用的区别

从上面的学习中,我们知道<? extends T>表示的含义是继承自T的一组类,在一个泛型类List<E>(或方法)中传入泛型<? extends T>,编译器会自动转换成如下代码:

//泛型类
public interface List<? extends T>{

    //泛型方法
    boolean add(? extends T e);
}

下面演示的例子,钊林将T用具体的类Animal代替,在一个泛型类ArrayList<E>传入<? extends Animal>,然后尝试往mAnimalChildren列表中存入子类的对象,最后查看ArrayList的add方法,如下图:

泛型extends关和super区别

你会发现,编译器报错了,不允许往一个列表中存储Animal本身及其子类的对象,难道我理解错误了吗?这到底是为什么?

在开发者的头脑里,自然很容易理解AnimalCat是符合泛型<? extends Animal>规则的,但是对于编译器来说,它只知道上面泛型表示的是一组类,但不清楚是否是具体的Animal类或其子类,在ArrayList类中,传入的泛型,编译器会自动将类中的泛型替换成<? extends Animal>,比如add方法,变成了boolean add(? extends Animal e),这时候试图传入具体的类AnimalCatHelloKittyCuteHelloKitty,编译器会很生气地告诉你说:“你是不是听不懂我说的话,我要求的是? extends Animal,你却给我一个Animal或其子类!!产生了疑惑:我应该把它当成Animal处理呢?还是应该当成HelloKitty处理呢?抑或是当成CuteHelloKitty处理呢?”因为存在类型不清楚的情况,所以编译器禁止开发者传入具体的类型,

这就是为什么钊林会花一些篇幅提前介绍什么是类型安全的原因,对于编译器要求的是一个A类型,开发者给了一个B类型,这是不符合类型安全的!

? extends Animal表示一种类型,AnimalCatHelloKitty表示另一种类型,所以会报错!

既然不允许我们往里面添加数据,那么,对于泛型? extends Animal,对于开发者到底有什么用处?虽然编译器不允许你往add方法传入数据。

但是对于编译器来说泛型类? extends Animal,可以肯定其继承了Animal的属性和方法,那么在我们封装类的时候,就可以方便地调用继承的属性和方法,例如:

    class Animal {
        String name;

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }
    }
    class CuteHelloKitty extends HelloKitty{

        public String feature(){
            return "This is a cute HelloKitty !";
        }
    }
    /**
     * 封装的一个类
     * @param <T>
     */
    class AnimalName<T>{
        T e;

        public T get() {
            return e;
        }

        public T print(T e) {
            return e;
        }
    }

    public void print(){
        //一、绑定为一组继承自Animal的类,允许使用继承的属性和方法
        AnimalName<? extends Animal> animalName=new AnimalName();
        Animal animal=animalName.get();
        System.out.print(animal.getName());

        //二、绑定为一组CuteHelloKitty的类,允许使用继承的属性和方法
        AnimalName<? extends CuteHelloKitty> cuteHelloKittyName=new AnimalName();
        CuteHelloKitty cuteHelloKitty=cuteHelloKittyName.get();
        System.out.print(cuteHelloKitty.feature());
    }

既然泛型<? extends Animal>不合适往里面添加数据,那么开发者在设计程序的时候,对于传入泛型<? extends Animal>的类,尽量避免调用往写入数据的方法,只调用读取数据的方法。泛型类<? extends Animal>表示以Animal为上界的所有子类,不确定具体的类型,可能会下溯造型,不符合类型安全!!

但是,如果我想要调用写入数据的方法呢,那该怎么办?那么,你可以考虑使用泛型<? super T>,该泛型表示的含义是以T为下界的一组类,如下图:

泛型extends关和super区别

看一下下面的例子,编译器允许开发者这样子操作,代码如下:

        //三、绑定为以CuteHelloKitty为下界的一组类
        AnimalName<? super CuteHelloKitty> helloKitty = new AnimalName<>();

        helloKitty.print(new CuteHelloKitty());
        helloKitty.print(new WhiteCuteHelloKitty());

泛型extends关和super区别

类中传入泛型<? super T>,对于传入的CuteHelloKitty类本身及其子类,在这里编译器会自动上溯造型为CuteHelloKitty,上溯造型符合类型安全的,因此可以调用写入数据的print方法)。编译器允许传入的是T自身或T子类的对象,最终上溯造型为T,符合类型安全!!

总结:

在一个封装类中传入泛型,可以在编码的时候指定泛型为某个具体的类,也可以指定为一组类,指定为一组类可以考虑使用通配符?extendssuper关键字结合,泛型类<? extends T>表示以T为上界的一组子类,适合读取数据,不建议调用写入数据的方法,否则编译器会报错;泛型<? super T>表示以T为下界的一组超类,适合调用写入数据的方法,不适合读取数据。

在开发中,根据实际的需要合理选择传入<? extends T><? super T>或者不使用通配符,符合类型安全!!

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