Java-泛型编程-使用通配符? extends 和 ? super

泛型中使用通配符有两种形式：子类型限定<? extends xxx>和超类型限定<? super xxx>。

（1）子类型限定

下面的代码定义了一个Pair<T>类，以及Employee，Manager和President类。

public class Pair<T> {
    private T first;
    private T second;

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

    public T getFirst() {
        return first;
    }

    public T getSecond() {
        return second;
    }

    public void setFirst(T newValue) {
        first = newValue;
    }

    public void setSecond(T newValue) {
        second = newValue;
    }
}

class Employee {
    private String name;
    private double salary;

    public Employee(String n, double s) {
        name = n;
        salary = s;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public double getSalary() {
        return salary;
    }
}

class Manager extends Employee {
    public Manager(String n, double s) {
        super(n, s);
    }
}
<pre name="code" class="java">
class President extends Manager {
    public President(String n, double s) {
        super(n, s);
    }
}

现在要定义一个函数可以打印Pair<Employee>

    public static void printEmployeeBoddies(Pair<Employee> pair) {
        System.out.println(pair.getFirst().getName() + ":" + pair.getSecond().getName());
    }

可是有一个问题是这个函数输入参数只能传递类型Pair<Employee>，而不能传递Pair<Manager>和Pair<President>。例如下面的代码会产生编译错误

        Manager mgr1 = new Manager("Jack", 10000.99);
        Manager mgr2 = new Manager("Tom", 10001.01);
        Pair<Manager> managerPair = new Pair<Manager>(mgr1, mgr2);
        PairAlg.printEmployeeBoddies(managerPair);

之所以会产生编译错误，是因为Pair<Employee>和Pair<Manager>实际上是两种类型。

由上图可以看出，类型Pair<Manager>是类型Pair<? extends Employee>的子类型，所以为了解决这个问题可以把函数定义改成

public static void printEmployeeBoddies(Pair<? extends Employee> pair)

但是使用通配符会不会导致通过Pair<? extends Employee>的引用破坏Pair<Manager>对象呢？例如:

Pair<? extends Employee> employeePair = managePair;employeePair.setFirst(new Employee("Tony", 100));

不用担心，编译器会产生一个编译错误。Pair<? extends Employee>参数替换后，我们得到如下代码

? extends Employee getFirst()

void setFirst(? extends Employee)

对于get方法，没问题，因为编译器知道可以把返回对象转换为一个Employee类型。但是对于set方法，编译器无法知道具体的类型，所以会拒绝这个调用。

（2）超类型限定

超类型限定和子类型限定相反，可以给方法提供参数，但是不能使用返回值。? super Manager这个类型限定为Manager的所有超类。

Pair<? super Manager>参数替换后，得到如下方法

? super Manager getFirst()

void setFirst(? super Manager)

编译器可以用Manager的超类型，例如Employee，Object来调用setFirst方法，但是无法调用getFirst，因为不能把Manager的超类引用转换为Manager引用。

超类型限定的存在是为了解决下面一类的问题。例如要写一个函数从Manager[]中找出工资最高和最低的两个，放在一个Pair中返回。

    public static void minMaxSal(Manager[] mgrs, Pair<? super Manager> pair) {
        if (mgrs == null || mgrs.length == 0) {
            return;
        }

        pair.setFirst(mgrs[0]);
        pair.setSecond(mgrs[0]);
        //TODO
    }

如此就可以这样调用

        Pair<? super Manager> pair = new Pair<Employee>(null, null);
        minMaxSal(new Manager[] {mgr1, mgr2}, pair);

（3） <T extends Comparable<? super T>>

超类型限定还有一个使用形式： <T extends Comparable<? super T>>

比如要写一个函数返回数组中的最小对象。似乎可以如下定义。

public static <T> T min(T[] a)

但是要找到最小值必须进行比较，这样就需要T实现了Comparable接口。为此可以把方法定义改变成

public static <T extends Comparable> T min(T[] a)

因为Comparable接口本身也是泛型的，所以最终可以改写成

public static <T extends Comparable<T>> T min(T[] a)

但是考虑到如下的使用场景

        GregorianCalendar[] birthdays = {
                new GregorianCalendar(1906, Calendar.DECEMBER, 9),
                new GregorianCalendar(1815, Calendar.DECEMBER, 10),
                new GregorianCalendar(1903, Calendar.DECEMBER, 3),
                new GregorianCalendar(1910, Calendar.JUNE, 22),
        };

        System.out.println("Min Age = " + ArrayAlg.min(birthdays).getTime());

java.util.GregorianCalendar继承自java.util.Calendar。GregorianCalendar本身没有实现Comparable接口，其父类Calendar实现了Comparable接口。

但是编译器会对ArrayAlg.min(birthdays)报错，因为GregorianCalendar实现了Comparable<Calendar> 而不是Comparable<GregorianCalendar>。

只要把min方法的申明改成<T extends Comparable<? super T>>就可以通过编译。

完整的方法如下。

注意，由于一个类可能没有实现Comparable方法，所以还需要定义另外一个方法，传入Comparator对象进行比较。

import java.util.Comparator;

public class ArrayAlg {
    public static <T extends Comparable<? super T>> T min(T[] a) {
        if (a == null || a.length == 0) {
            return null;
        }
        T smallest = a[0];
        for (int i = 1; i < a.length; i++) {
            if (smallest.compareTo(a[i]) > 0) {
                smallest = a[i];
            }
        }
        return smallest;
    }

    public static <T> T min(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        if (a == null || a.length == 0) {
            return null;
        }
        T smallest = a[0];
        for (int i = 1; i < a.length; i++) {
            if (c.compare(smallest, a[i]) > 0) {
                smallest = a[i];
            }
        }
        return smallest;
    }
}

传入Comparator作为参数的min方法的调用例子。

        Manager[] managers = new Manager[] {
                new Manager("Jack", 10000.99),
                new Manager("Tom", 10001.01),
        };

        Manager minSalMgr = ArrayAlg.min(managers, new Comparator<Employee>() {
            @Override
            public int compare(Employee e1, Employee e2) {
                return Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary());
            }
        });
        System.out.println("Min. Salary = " + minSalMgr.getName());

在Java的类库中，大量使用了这种类型的参数。例如在java.util.Collections类中就定义了下面两个方法

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) 

（4）无限定通配符？

无限定通配符表示不需要限定任何类型。例如Pair<?>。

参数替换后的Pair类有如下方法

? getFirst()

void setFirst(?)

所以可以调用getFirst方法，因为编译器可以把返回值转换为Object。

但是不能调用setFirst方法，因为编译器无法确定参数类型，这就是Pair<?>和Pair方法的根本不同。

无限定通配符的出现是为了支持如下的函数定义。

public class PairAlg {
    public static boolean hasNulls(Pair<?> p) {
        return p.getFirst() == null || p.getSecond() == null;
    }
}