了解Java中的协方差和逆向

大家好，今天本人给大家带来文章《了解Java中的协方差和逆向》，文中内容主要涉及到，如果你对文章方面的知识点感兴趣，那就请各位朋友继续看下去吧~希望能真正帮到你们，谢谢！

Java协变与逆变详解：提升泛型编程能力

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();
            }
        }
    }
}

此例中，Dog[] 可赋值给 Animal[]，演示了数组中的协变。

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();
        // 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
        }
    }
}

? 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。

2. 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(); // 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
    }
}

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。

2.1 何时使用逆变

当需要修改对象集合时，尤其是在向数据结构添加元素时，逆变很有用。它确保添加的元素与特定类型兼容，在需要添加不同子类型时提供灵活性。

3. 协变与逆变：关键区别

3.1 协变（? extends T）

当需要从集合读取时使用协变。集合被视为数据来源，只需要确保元素是特定类型的子类型。但它限制了修改集合。

3.2 逆变（? super T）

当需要向集合写入时使用逆变。它允许添加元素，确保它们与特定类型或其任何子类型兼容。但它限制了读取集合以确保类型安全。

3.3 如何在协变和逆变之间做出选择

选择协变还是逆变取决于：需要读取、写入还是两者兼而有之？

如果只需要读取，使用 ? extends；如果需要写入，使用 ? super。如果两者都需要，考虑使用更具体的泛型类型或重新设计结构。

4. 示例结果与总结

? extends 提供读取集合数据的灵活性，同时保持类型完整性。? super 通配符在向集合添加元素时允许灵活性，确保只添加预期的子类型。协变和逆变在处理Java继承和泛型时至关重要。了解何时以及如何应用它们将增强编写强大类型安全代码的能力。

5. 结论

理解Java中的协变和逆变对于有效处理泛型和通配符至关重要。这些概念在读取和写入数据方面提供灵活性，同时确保在继承层次结构中保持类型安全。应用本文概述的技术，可以编写更具适应性和可维护性的代码。

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