java泛型學習和實踐(4)

引言

前三節講述了泛型常見聲明及使用，泛型既可以在類上進行聲明，也可以在單個方法上進行聲明，並分別對這兩種情況進行了總結。下面來學習下泛型擴展知識。

延用前面的Runnable接口、Buick類、Ford類、Driver類，新增加一個汽車容器類CarContainer

第一版

代碼如下：

public interface Runnable {
    public void run();
}

public class Buick implements Runnable {
    
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("buick run");
    }
    
    public void autoRun(){
        System.out.println("buick auto-run");
    }
}

public class Ford implements Runnable  {
    
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("ford run");
    }
    
    public void fly(){
        System.out.println("ford fly");
    }
}

<pre name="code" class="java">public class Driver<T extends Runnable> {
    
    private T car;
    
    public void drive(T car){
        this.car = car;
        System.out.println("I am driving a " + car);
        car.run();
    }
    
    public T getDrivingCar(){
        return car;
    }
}

public class CarContainer<E extends Runnable> {
    private List<E> container = new ArrayList<E>();
    
    public void add(E e) {
        container.add(e);
    }
    
    public void add(Driver<E> producer) {
        container.add(producer.getDrivingCar());
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        CarContainer<Runnable> container = new CarContainer<Runnable>();
        Buick buick = new Buick();
        container.add(buick);

        Driver<Runnable> driver = new Driver<Runnable>();
        driver.drive(buick);
        container.add(driver);
    }
}

前三個類不多說了，不明白的請參照前三節。說下CarContainer類， add方法接收泛型E類型對象，向容器中新增汽車。另一個重載add方法接收Driver<E>參數，獲取到drivingCar並增加到容器中。

main靜態方法中分別演示了這兩個add的使用方法。先看第一個add方法使用，由於Buick類實現了Runnable接口的，container.add(buick)這樣調用是沒問題的；再看第二個add方法使用：首先driver.drive(buick)也沒問題，原理同上；然後看container.add(driver)，由於container的元素類型爲Runnable接口，而driver的元素類型也爲Runnable接口，類型是完全匹配的，因此運行下程序也沒問題，看上去都很美好。

假如有一個Driver<Buick>呢，請大家思考下這樣調用看行不行

        Driver<Buick> driver = new Driver<Buick>();
        driver.drive(buick);
        container.add(driver);

結果是不行，編譯時提示如下錯誤：

The method add(Runnable) in the type CarContainer<Runnable> is not applicable for the arguments (Driver<Buick>)

從邏輯上說，這樣調用應該是可以的，因爲Buick實現了Runnable接口，但實際上不行。還好，有一種解決方法。JAVA提供了一種特殊化的參數類型，稱作有限制的通配符類型(bounded wildcard type)，來處理類似的情況。我們的想法是第二個add方法接收的參數應該是“E的某個子類型的Driver”，可通過Driver<? extends E>實現。?代表任意未知類型，附加extends E限制，表示該未知類型必須是E的子類或其自身。修改後的代碼如下：

第二版

    public void add(Driver<? extends E> producer) {
        container.add(producer.getDrivingCar());
    }

這樣修改後，演示程序可正常能過編譯，也能正常運行，說明這樣是類型安全的。

上面第一次出現跟泛型相關的通配符?，表示未知類型，下面簡單說下其用法。

?

? 一般出現在方法參數上，代表未知類型。注意與泛型聲明中的E區別。泛型E相當於一個類型佔位符，可以在類中多處出現並意味着這幾處將來的具體類型是一樣的(例如Driver類和CarContainer中的泛型)；而?代表某個未知的具體類型，類多個地方出現的?沒有任何關聯。

?支持<? extends Parent>用法，代表未知類型必須是Parent的子類或自身，與泛型中的<E extends Parent>意義很相似。 

?還支持<? super Child>用法，代表未知類型必須是Child的超類或自身，這種用法在泛型中不存在(因爲無意義)，請注意。

上面總結中提到<? super Child>用法，接下來補充學習下super的使用場景。

對於CarContainer類，跟add方法對應的，我們新增一個pop方法，如下：

    public void pop(Set<E> consumer){
        consumer.add(container.remove(container.size()));
    }

接收集合類consumer參數，方法體中從container中移除最後一個元素並加入到consumer中。使用示例如下：

        CarContainer<Runnable> container = new CarContainer<Runnable>();
        Buick buick = new Buick();
        container.add(buick);
        
        Set<Runnable> consumer = new HashSet<Runnable>();
        container.pop(consumer);

假如你有另一個Set<Object> consumer = new HashSet<Object>()呢，如果按照上面調用，會出現編譯錯誤：

The method pop(Set<Runnable>) in the type CarContainer<Runnable> is not applicable for the arguments (Set<Object>)

我們的想法是，pop接收的參數應用是"E的某種超類的Set"，通過?和super關鍵字配合使用正好可以達到這種目的，即Set<? super E>，修改後代碼如下：

第三版

    public void pop(Set<? super E> consumer){
        consumer.add(container.remove(container.size()));
    }

修改後，支持了Set<Object> consumer調用方式。

通過?跟extends或super關鍵字在方法參數上的搭配使用，可以獲得API最大限度的靈活性。

那麼什麼情況下該使用extends關鍵字，什麼情況下該使用super關鍵字。有一個原則叫PECS，即producer-extends，consumer-super。

PECS意思是，如果帶泛型參數化類型表示一個E生產者，就使用<? extends E>；如果它表示一個E消費者，就使用<? super E>。在上述示例中，add的producer參數產生E的實例供CarContainer使用，因此producer相應的類型爲Driver<? extends E>；pop的consumer參數通過CarContainer消費E實例，因此consumer參數相應的類型爲Set<? super E>。如果參數即是生產者又是消費者呢，那就不適合使用通配符?，因爲你需要的是嚴格的類型匹配，即直接使用Set<E>

上面關於泛型的通配符?、extends和super的使用方法參照了《Effective.Java_2中文版.pdf》一書，由於水平有限，可能大家還沒看明白。歡迎大家提問。

關於這講實踐演示，暫時在項目中沒有用到，以後補充

結束語

關於泛型的學習和實踐到此結束，總共四節，謝謝大家的關注。等有時間了，想再跟大家一起學習下設計模式，我覺得這也是每個Java程序員的必修課。敬請期待