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怎么理解Java中的逆變與協(xié)變-創(chuàng)新互聯(lián)

這篇文章主要介紹“怎么理解Java中的逆變與協(xié)變”,在日常操作中,相信很多人在怎么理解Java中的逆變與協(xié)變問(wèn)題上存在疑惑,小編查閱了各式資料,整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法,希望對(duì)大家解答”怎么理解Java中的逆變與協(xié)變”的疑惑有所幫助!接下來(lái),請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧!

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1. 逆變與協(xié)變

在介紹逆變與協(xié)變之前,先引入Liskov替換原則(Liskov Substitution Principle, LSP)。

Liskov替換原則

LSP由Barbara Liskov于1987年提出,其定義如下:

所有引用基類(父類)的地方必須能透明地使用其子類的對(duì)象。

LSP包含以下四層含義:

  • 子類完全擁有父類的方法,且具體子類必須實(shí)現(xiàn)父類的抽象方法。

  • 子類中可以增加自己的方法。

  • 當(dāng)子類覆蓋或?qū)崿F(xiàn)父類的方法時(shí),方法的形參要比父類方法的更為寬松。

  • 當(dāng)子類覆蓋或?qū)崿F(xiàn)父類的方法時(shí),方法的返回值要比父類更嚴(yán)格。

  • 前面的兩層含義比較好理解,后面的兩層含義會(huì)在下文中詳細(xì)解釋。根據(jù)LSP,我們?cè)趯?shí)例化對(duì)象的時(shí)候,可以用其子類進(jìn)行實(shí)例化,比如:

    Number num = new Integer(1);

    定義

    逆變與協(xié)變用來(lái)描述類型轉(zhuǎn)換(type transformation)后的繼承關(guān)系,其定義:如果A、B表示類型,f(?)表示類型轉(zhuǎn)換,≤表示繼承關(guān)系(比如,A≤B表示A是由B派生出來(lái)的子類);

  • f(?)是逆變(contravariant)的,當(dāng)A≤B時(shí)有f(B)≤f(A)成立;

  • f(?)是協(xié)變(covariant)的,當(dāng)A≤B時(shí)有f(A)≤f(B)成立;

  • f(?)是不變(invariant)的,當(dāng)A≤B時(shí)上述兩個(gè)式子均不成立,即f(A)與f(B)相互之間沒(méi)有繼承關(guān)系。

  • 類型轉(zhuǎn)換

    接下來(lái),我們看看Java中的常見(jiàn)類型轉(zhuǎn)換的協(xié)變性、逆變性或不變性。

    泛型:

    令f(A)=ArrayList,那么f(?)時(shí)逆變、協(xié)變還是不變的呢?如果是逆變,則ArrayList是ArrayList的父類型;如果是協(xié)變,則ArrayList是ArrayList的子類型;如果是不變,二者沒(méi)有相互繼承關(guān)系。開(kāi)篇代碼中用ArrayList實(shí)例化list的對(duì)象錯(cuò)誤,則說(shuō)明泛型是不變的。

    數(shù)組:

    令f(A)=[]A,容易證明數(shù)組是協(xié)變的:

    Number[] numbers = new Integer[3];

    調(diào)用方法result = method(n);根據(jù)Liskov替換原則,傳入形參n的類型應(yīng)為method形參的子類型,即typeof(n)≤typeof(method's parameter);result應(yīng)為method返回值的基類型,即typeof(methods's return)≤typeof(result):

    static Number method(Number num) {
        return 1;
    }
    Object result = method(new Integer(2)); //correct
    Number result = method(new Object()); //error
    Integer result = method(new Integer(2)); //error

    在Java 1.4中,子類覆蓋(override)父類方法時(shí),形參與返回值的類型必須與父類保持一致:

    class Super {
        Number method(Number n) { ... }
    }
    class Sub extends Super {
        @Override 
        Number method(Number n) { ... }
    }

    從Java 1.5開(kāi)始,子類覆蓋父類方法時(shí)允許協(xié)變返回更為具體的類型:

    class Super {
        Number method(Number n) { ... }
    }
    class Sub extends Super {
        @Override 
        Integer method(Number n) { ... }
    }

    2. 泛型中的通配符

    實(shí)現(xiàn)泛型的協(xié)變與逆變

    Java中泛型是不變的,可有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)逆變與協(xié)變,怎么辦呢?這時(shí),通配符?派上了用場(chǎng):

    實(shí)現(xiàn)了泛型的協(xié)變,比如:

    List list = new ArrayList();

    實(shí)現(xiàn)了泛型的逆變,比如:

    List list = new ArrayList();

    extends與super

    為什么(開(kāi)篇代碼中)List list在add Integer和Float會(huì)發(fā)生編譯錯(cuò)誤?首先,我們看看add的實(shí)現(xiàn):

    public interface Listextends Collection{
        boolean add(E e);
    }

    在調(diào)用add方法時(shí),泛型E自動(dòng)變成了,其表示list所持有的類型為在Number與Number派生子類中的某一類型,其中包含Integer類型卻又不特指為Integer類型(Integer像個(gè)備胎一樣!?。。?,故add Integer時(shí)發(fā)生編譯錯(cuò)誤。為了能調(diào)用add方法,可以用super關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn):

    List list = new ArrayList();
    list.add(new Integer(1));
    list.add(new Float(1.2f));

    表示list所持有的類型為在Number與Number的基類中的某一類型,其中Integer與Float必定為這某一類型的子類;所以add方法能被正確調(diào)用。從上面的例子可以看出,extends確定了泛型的上界,而super確定了泛型的下界。

    PECS

    現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了:究竟什么時(shí)候用extends什么時(shí)候用super呢?《Effective Java》給出了答案:

    PECS: producer-extends, consumer-super.
    比如,一個(gè)簡(jiǎn)單的Stack API:

    public class  Stack{
        public Stack();
        public void push(E e):
        public E pop();
        public boolean isEmpty();
    }

    要實(shí)現(xiàn)pushAll(Iterable src)方法,將src的元素逐一入棧:

    public void pushAll(Iterablesrc){
        for(E e : src)
            push(e)
    }

    假設(shè)有一個(gè)實(shí)例化Stack的對(duì)象stack,src有Iterable與 Iterable;在調(diào)用pushAll方法時(shí)會(huì)發(fā)生type mismatch錯(cuò)誤,因?yàn)镴ava中泛型是不可變的,Iterable與 Iterable都不是Iterable的子類型。因此,應(yīng)改為

    // Wildcard type for parameter that serves as an E producer
    public void pushAll(Iterable src) {
        for (E e : src)
            push(e);
    }

    要實(shí)現(xiàn)popAll(Collection dst)方法,將Stack中的元素依次取出add到dst中,如果不用通配符實(shí)現(xiàn):

    // popAll method without wildcard type - deficient!
    public void popAll(Collectiondst) {
        while (!isEmpty())
            dst.add(pop());   
    }

    同樣地,假設(shè)有一個(gè)實(shí)例化Stack的對(duì)象stack,dst為Collection;調(diào)用popAll方法是會(huì)發(fā)生type mismatch錯(cuò)誤,因?yàn)镃ollection不是Collection的子類型。因而,應(yīng)改為:

    // Wildcard type for parameter that serves as an E consumer
    public void popAll(Collection dst) {
        while (!isEmpty())
            dst.add(pop());
    }

    在上述例子中,在調(diào)用pushAll方法時(shí)生產(chǎn)了E 實(shí)例(produces E instances),在調(diào)用popAll方法時(shí)dst消費(fèi)了E 實(shí)例(consumes E instances)。Naftalin與Wadler將PECS稱為Get and Put Principle。

    java.util.Collections的copy方法(JDK1.7)完美地詮釋了PECS:
    public staticvoid copy(List dest, List 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<1srcsize; i++)="" dest.set(i,="" src.get(i));="" }="" else="" {="" listiteratordi=dest.listIterator();
            ListIterator si=src.listIterator();
            for (int i=0; i<1srcsize; i++)="" {="" di.next();="" di.set(si.next());="" }=""

    PECS總結(jié):

  • 要從泛型類取數(shù)據(jù)時(shí),用extends;

  • 要往泛型類寫數(shù)據(jù)時(shí),用super;

  • 既要取又要寫,就不用通配符(即extends與super都不用)。

到此,關(guān)于“怎么理解Java中的逆變與協(xié)變”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí),快去試試吧!若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí),請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)-成都網(wǎng)站建設(shè)公司網(wǎng)站,小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章!

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