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)變問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”怎么理解Java中的逆變與協(xié)變”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(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，后面的兩層含義會在下文中詳細(xì)解釋。根據(jù)LSP，我們在實(shí)例化對象的時(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)上述兩個式子均不成立，即f(A)與f(B)相互之間沒有繼承關(guān)系。

類型轉(zhuǎn)換

接下來，我們看看Java中的常見類型轉(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，二者沒有相互繼承關(guān)系。開篇代碼中用ArrayList實(shí)例化list的對象錯誤，則說明泛型是不變的。

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：

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（開篇代碼中）List list在add Integer和Float會發(fā)生編譯錯誤？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像個備胎一樣！！！），故add Integer時(shí)發(fā)生編譯錯誤。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)在問題來了：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，一個簡單的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)有一個實(shí)例化Stack的對象stack，src有Iterable與 Iterable；在調(diào)用pushAll方法時(shí)會發(fā)生type mismatch錯誤，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)有一個實(shí)例化Stack的對象stack，dst為Collection；調(diào)用popAll方法是會發(fā)生type mismatch錯誤，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，請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)-成都網(wǎng)站建設(shè)公司網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！

文章標(biāo)題：怎么理解Java中的逆變與協(xié)變-創(chuàng)新互聯(lián)
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