Java泛型的上下界

1. 准备工作

• 有如下类的继承关系，为下文理解做好准备

2. 没有泛型上下界遇到了什么问题？

Apple是Fruit的子类，那么如下代码是不会出错的

// ok
Fruit apple = new Apple(); 
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如果我们写如下代码，定义一个装有Fruit的List，并将装有Apple的List赋值给它，会如何呢？

List<Fruit> plate = new ArrayList<Apple>();
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它会在Idea里报红线，运行会报错：java: 不兼容的类型: java.util.ArrayList<Apple>无法转换为java.util.List<Fruit>，显然在集合间不存在继承引用关系

那么面对以上问题，就需要上下界登场

3. 泛型的上界， ? extends T

使用泛型的上界，? extends Fruit，就能解决如上问题

List<? extends Fruit> plate = new ArrayList<Apple>();
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• 那么？我们该如何理解上界？

? 是java的通配符，在如上的例子中，上界？ extends Fruit代表任何继承了Fruit的子类（包含Fruit本身），该集合中装的就是这些元素

• 那上界有什么特点？

只能取，不能存 先说只能取，这个很好理解，集合中都是Fruit的子类，那么取出来的元素必然都能用Fruit来进行引用，看如下代码很好理解

 List<Apple> appleList = new ArrayList<>();
 appleList.add(new Apple());
 appleList.add(new Apple());
 
 List<? extends Fruit> plate = appleList;
 Fruit fruit = plate.get(0);
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不能存又该如何理解呢？你不是说了列表里边都是Fruit的子类了吗？那我们向里边随便加入它的子类，怎么就不行呢？

且听我慢慢道来！

这段代码报了红线，确实不让添加，显示的错误如下图所示

// 泛型为Apple
List<Apple> appleList = new ArrayList<>(); 
List<? extends Fruit> plate = appleList;
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那我们该先下来想一想，现在plate引用的是这个appleList，而appleList中泛型为Apple，那么也就意味着plate的泛型也该是Apple，我们向其中添加Apple元素没有问题，添加RedApple和GreenApple都没有问题，它们都能安全的转为Apple类型

但是！回过头来，我们再看，? extends Fruit，它表示的是任何继承了Fruit的子类，没问题吧，照这么说添加Banana应该也可以啊，Banana也是Fruit的子类啊，但是不行！别忘了，我们已经将plate的指向到了appList，而appleList规定了泛型是Apple，Banana向其中添加，它能转换成Apple吗？显然不能啊，但是它们确实都是Fruit的子类啊，也就是说，为了保证绝对安全，所以就限制了上界不能进行添加，以免发生转型失败的问题

还要说一种比较好玩的情况

 List<? extends Fruit> plate = Arrays.asList(new Apple(), new Banana());

 Fruit apple = plate.get(0);
 Fruit banana = plate.get(1);
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在这种情况下，这个plate真的成了能装任何水果的盘子，里边有Apple和Banana，取出来之后确实都是Fruit

4. 泛型的下界， ? super T

• 泛型的下界以? super Fruit为例，它代表的就是任何Fruit的父类，包括了Fruit本身（还有Object哦）

• 那下界有啥子特点呐？能存，其实也能取，为什么说其实也能取呢，因为我看了一些文章，为了区分上下界，让它们的特点完全相反，都把下界的特点都写成了不能取，其实在代码中实践，能取出来，只不过会使其中的元素类型失效，取出来的元素类型都是Object
• 先来解释能存，看如下代码，注意它的下界是Apple哦

// 定义了一个plate，它的下界为 ? super Apple
List<? super Apple> plate = new ArrayList<>();

plate.add(new Apple());
plate.add(new RedApple());
plate.add(new GreenApple());
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这段代码在编译器里是没有问题，没有报错，正常运行 那有同学就有问题了，下界规定的是任何这个类型的父类，那向其中添加Apple的父类为什么不行？不是说好了可以能向其中存元素的吗？！怎么还报红线了！

我们先思考思考，上文提到的绝对安全，会不会还出现上文中转型失败的情况？ 我们看一下? super Aplle的范围，如下图

ok，添加Apple没问题，添加Fruit和Food也没问题，都在下界的范围内，但是，谁能保证你就是添加的这几个类型的元素呢？谁能来保证它的绝对安全呢？不能吧？！我向其中添加Banana，它肯定会出问题啊！

那为什么又让添加Apple及其子类呢，因为它绝对安全，这些都可以安全的转型成Apple类啊，根本不会出啥毛病，向上转型完全不会出问题，所以是可以添加的，下界的能存元素是这个体现

• 再简单说一下什么叫其实也能取

不过取出来的东西都是Object，使其中元素的类型失效了，而且因为? super Apple这个范围太大了，不知道拿出来是具体什么类型，只能用最高的Object来进行引用了

5. 它能进行怎样的应用？什么是PECS原则？

• 我们定义一个MyStack，如下，并添加了一个pushAll方法，将传入进来的List集合中的元素全部都压入栈中，但是值得注意的是，参数List<E> fruits没有使用上下界

public class MyStack<E> extends Stack<E> {
    public void pushAll(List<E> fruits) {
        for (E fruit : fruits) {
            push(fruit);
        }
    }
}
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我们写如下代码后，会有报错，java: 不兼容的类型: java.util.List<Apple>无法转换为java.util.List<Fruit>，和我们最初的问题是一样的，List<Fruit> 不能引用 List<Apple>，那我们将其改成上界，就能解决这个问题

如下

public class MyStack<E> extends Stack<E> {
    public void pushAll(List<? extends E> fruits) {
        for (E fruit : fruits) {
            push(fruit);
        }
    }
}
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代码问题消失且能正常运行了，也能够将栈中的元素正常取出来

• 有了pushAll方法，也要写一个对应的popAll方法，如下，并没有规定下界哦

public void popAll(List<E> fruits) {
    while (!isEmpty()) {
        fruits.add(pop());
    }
}
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我们写如下代码，想将之前压入栈中的两个Apple拿出来，并放入List<Food>这个集合中，注意这里放入的是Fruit的父类Food，同样还是报了错误，java: 不兼容的类型: java.util.List<Food>无法转换为java.util.List<Fruit>

我们将代码进行修改，添加上下界之后，代码不报错且能正常运行了

public void popAll(List<? super E> fruits) {
    while (!isEmpty()) {
        fruits.add(pop());
    }
}
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• PECS原则

该如何理解生产者和消费者呢，? extends E一直从本身中拿元素出来，并将这些拿出来的元素供栈使用，我们将其成为生产者；? super E则相反，它是一直向集合中进行添加，就好像给它的东西都被它消费了一样，所以我们称它为消费者

那什么是PECS原则？

Producer Extends，Consumer Super，也就是说，如果一个参数类型是生产者的话，我们将采用? extends T上界，如果一个参数类型是消费者的话，那么就采用的是? super T下界

巨人的肩膀

• Java 泛型 <? super T> 中 super 怎么 理解？与 extends 有何不同？
• PECS法则与extends和super关键字
• 《Effective Java（第三版）》 第31条
• JAVA通配符——? extends T ，? super T（尖括号不让打吗不是吧不是吧）