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了解Java中的协方差和逆向

花韻仙語

发布： 2025-02-18 22:22:15

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java协变与逆变详解：提升泛型编程能力

了解Java中的协方差和逆向

1. Java协变

协变允许将派生类型赋值给基类型。简单来说，泛型类型在处理子类型时保持赋值兼容性。这在Java数组和泛型中常见。

示例：

class Animal {
    void sound() { System.out.println("Animal sound"); }
}
class Dog extends Animal {
    void sound() { System.out.println("Dog barks"); }
}

public class CovarianceExample {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = new Dog[10]; // 数组中的协变
        animals[0] = new Dog(); // 可行，因为Dog是Animal的子类型

        for (Animal animal : animals) {
            if (animal != null) {
                animal.sound();
            }
        }
    }
}

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此例中，Dog[] 可赋值给 Animal[]，演示了数组中的协变。

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1.1 泛型协变（? extends T）

泛型协变使用 ? extends T 通配符。这意味着可以从泛型结构读取数据，但不能修改（除了赋值为null）。此限制保证类型安全。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CovarianceGenerics {
    public static void main(String[] args) {
        List<? extends Animal> animals = new ArrayList<Dog>();
        // 不能添加Dog或Animal，因为它是只读的
        // animals.add(new Dog()); // 编译错误
        // animals.add(new Animal()); // 编译错误

        for (Animal animal : animals) {
            animal.sound(); // 可行，因为我们正在从列表读取
        }
    }
}

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? extends Animal 保证安全访问元素，因为它们至少是Animal类型，但由于确切的子类型未知，因此防止修改列表。

1.2 何时使用协变

当需要处理对象集合但无需修改时，协变非常有用。如果只读取元素，协变确保所有元素都是给定类的子类型，同时保持类型安全。

1.3 示例结果

数组协变示例中，程序成功输出狗叫声，即使数组声明为 Animal[]。这证明了协变在处理继承层次结构时的灵活性。

Java逆变

逆变是协变的反面。逆变允许将更通用的类型赋值给更具体的类型。在Java中，使用 ? super T 通配符实现逆变。这允许添加元素到集合，但读取仅限于 Object 类型（或安全向下转型）。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ContravarianceExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<? super Dog> animals = new ArrayList<Animal>(); // 逆变类型
        animals.add(new Dog()); // 允许，因为Dog是Animal的子类型
        // animals.add(new Animal()); // 编译错误：只能添加Dog及其子类

        Object obj = animals.get(0); // 只能检索为Object
    }
}

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这里可以向列表添加对象，但不能直接添加 Animal 对象。逆变确保集合只包含 Dog 类型或其子类型的元素，在允许修改的同时保持类型安全。