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List extends T与List super T的区别

xlc520JavaJava大约 10 分钟约 2862 字

List<? extends T>与 List<? super T>的区别

List<? extends T>与 List<? super T>的区别

这个问题，初级工程师在做面试题时会出现。高级工程师很少会遇到，但实际上，不少工作了 5 年左右的工程师也回答的不是很好。基于此，整理了本文，分享给大家！

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我们先来看一下名词解释：

1）？

？表示类型通配符，即具体传什么参数类型，在 List 定义时不用考虑。

2）<T>

这里的 <> 表示泛型，T 表示泛型中装载的类型为 T 类型，等到需要的时候，我们可以具体这个 T。我们在使用动态数组实现 ArrayList 的时候，如果希望这个 ArrayList 不仅仅支持一个类型的话，我们可以给这个 ArrayList 定义泛型，泛型中存放的是 T 类型。在实际创建出这个 ArrayList 对象时，我们可以指定泛型中的具体类型。

3）<? extends T>

类型上界，这里的 ? 可以是 T 类型或者 T 的子类类型。

4）<? super T>

类型下界，这里的?可以是 T 类型或者 T 的超类类型，但不代表我们可以往里面添加任意超类类型的元素。 图片

在 List 中引入通配符界限限制的假设

不管是List<? extends T>还是List<? super T>，如果能读取元素，那么这个元素一定能转化为 T 类型，注意不是强制类型转换，强制类型转换是容易出现问题。

显然List<? extends T>内都是 T 的子类类型，能够向上转型为 T 类型，因此该 list 可以读取。

而List<? super T>内可以是 T 的超类类型，T 的超类转 T 是有可能出现异常的。

那我干脆转化成 Object 类型不好吗，所有类的基类都是 Object，不属于强制类型转换。哥们，转换成 Object 了，那你还图个啥？转换为 Object 类型是没有意义的。

假设List<? extends T>能添加元素，那么需要满足添加的任意元素需要能够直接转化成 T 的任何一个子类，T 的子类 A 和子类 B 是不能相互转化的，显然该 list 是不能添加元素的。

假设List<? super T>能添加元素，那么同样需要满足添加的任意元素能够直接转化成 T 的任何一个超类。此时添加 T 的子类元素就能满足该要求，因为 T 的任意子类可以向上转型成 T 的任何超类。

List<? extends T>

List<? extends T>是被设计用来读取数据的泛型，并且只能读取类型为 T 的元素。原因如下：

元素是可以进行向上转型的，因此，我们可以这样做来读取元素。

List<? extends Number> list = new ArrayList<>(); 
Number number = list.get(0);

可以读取，但不能写入，比如以下的代码就直接报错。

public class Main {

    static class A { }

    static class B extends A { }

    static class C extends A { }

    public static void main(String[] args) {
        List<? extends A> list = new ArrayList<>();
        list.add(new A());//编译报错
        list.add(new B());//编译报错
        list.add(new C());//编译报错
    }

}

A 的子类 B 与子类 C 是不能相互转换的，因此是不能往该 list 中添加元素。

虽然不能添加元素，但可以在初始化的时候，接受一个已经定义好的 list，而该 list 存放的类型一定相同。因此，List<? extends T> 可直接接受一个定义好的 list。

public static List<Integer> getList(){
    List<Integer> list=new ArrayList<>();
    list.add(1);
    return list;
}

// ....

public static void main(String[] args) {
    List<? extends Number> list = new ArrayList<>();
    list=getList();
}

List<? super T>

List<? super T>是被设计用来添加数据的泛型，并且只能添加 T 类型或其子类类型的元素。面试宝典：https://www.yoodb.comopen in new window

为什么只能是 T 类型及其子类型元素，超类类型的元素不可以吗？

超类类型转化为 T 类型，是需要强制类型转换的，是容易出现异常的，无法保障的。

而传入 T 类型及其子类类型时，能够直接转化为 T 的任意超类类型。比如，下面的代码是可以运行的

public class Main {

    static class A { }

    static class B extends A { }

    static class C extends A { }

    public static void main(String[] args) {
        List<? super A> list = new ArrayList<>();
        list.add(new A());
        list.add(new B());
        list.add(new C());
    }
}

该 list 也可以读取其中的元素，从第二节可以得出，只能用 Object 接收，没多大意义。

List<? super Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.add(new Integer(1));
Object integer=list2.get(0);

如果我们使用 Object 类型来接收获取到的元素，那么元素本身的类型就会丢失，因此，我们不使用List<? super T>来获取元素。

如果我们非要使用List<? super Integer>中的 Integer 类型来接收获取到的元素，那么必须进行强制类型转换，是会出现异常的，无法保障。

List<? super Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.add(new Integer(1));
Integer integer1= (Integer) list2.get(0);

总结

（1）List<? extends T>适用于读取数据，读取出来的数据全部用 T 类型接收。如果我们往此 list 中添加 T 类型不同的子类的话，各种子类无法相互转换，因此不能添加元素，但可接受初始赋值。公众 号 Java 精选，回复 java 面试，获取面试资料，支持在线刷题。

（2）List<? super T>适用于添加元素，只能添加 T 类型或其子类类型。因为这些类型都能转换为 T 的任意超类类型（向上转型），因此我们可以对此 list 添加元素。只能用 Object 类型来接收获取到的元素，但是这些元素原本的类型会丢失。

更加通俗易懂的例子

什么，你还没明白？那我举一些直观的例子。

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注意：向上转型是安全的，向下转型是不安全的，除非你知道 List 中的真实类型，否则向下转型就会报错。

extends

List<? extends Number> foo3意味着下面的赋值语句都是合法的：

List<? extends Number> foo3 = new ArrayList<Number>();  // Number "extends" Number (in this context)
List<? extends Number> foo3 = new ArrayList<Integer>(); // Integer extends Number
List<? extends Number> foo3 = new ArrayList<Double>();  // Double extends Number
  1. 读取

给定上述可能的赋值语句，能保证你从List foo3中取出什么样类型的对象？

  • 你可以读取一个Number对象，因为上面任意一个 list 都包含Number对象或者Number 子类的对象（上面的 Number、Integer、Double 都可以转型成 Number，并且是安全的，所以读取总是可以的）。如下代码就不会报错：
List<? extends Number> foo4 = new ArrayList<Integer>();
Number number = foo4.get(0);
  • 你不能读取一个Integer对象，因为foo3可能指向的是List<Double> （与其运行时发现 Double 转成 Integer 报错，不如编译时就不让从foo3中取Integer 对象）。如下代码编译时会报Incompatible types 错的：
List<? extends Number> foo4 = new ArrayList<Integer>();
Integer number = foo4.get(0);

因为编译的时候编译器只知道 foo4 引用是一个 List<? extends Number>，要到运行时才会绑定到 new ArrayList() ，所以编译的时候是无法判断 foo4 指向的 List 中到底是什么类型，唯一能确定的就是这个类型是 Number 的子类（或者就是 Number 类）。

  • 你也不能读取一个Double对象，因为foo3可能指向的是List<Integer>。
  1. 写入

给定上述可能的赋值语句，你能往List foo3中添加什么类型的对象从而保证它对于所有可能的ArrayList都是合法的呢？

  • 你不能添加一个Integer对象，因为foo3可能指向的是List<Double>。如下代码是会编译报错的：
List<? extends Number> foo4 = new ArrayList<Integer>();
foo4.add(new Integer(1));

因为编译期间是无法知道 foo4 指向的 ArrayList 中到底放的是什么类型，只有到运行时才知道（就是 Java 所谓的晚绑定或运行时绑定）。与其到运行时发现往一个 ArrayList 中 add 一个 Integer 导致抛出类型转换异常，倒不如编译时就报错，即使 ArrayList 中放的就是 Integer 类型。

  • 你不能添加一个Double对象，因为foo3可能指向的是List<Integer>。
  • 你不能添加一个Number对象，因为foo3可能指向的是List<Integer>。

「总结一下」：你不能往List<? extends T>中添加任何对象，因为你不能保证List 真正指向哪个类型，所以不能确定添加的对象就是List所能接受的类型。能保证的，仅仅是你可以从List 中读取的时候，你获得的肯定是一个T类型的对象（即使是T类型的子类对象也是T类型的）。

supers

现在考虑List<? super T> 包含通配符的声明List<? super Integer> foo3意味着下面任何一个赋值语句都是合法的：

List<? super Integer> foo3 = new ArrayList<Integer>();  // Integer is a "superclass" of Integer (in this context)
List<? super Integer> foo3 = new ArrayList<Number>();   // Number is a superclass of Integer
List<? super Integer> foo3 = new ArrayList<Object>();   // Object is a superclass of Integer
  1. 读取

给定上述可能的赋值语句，当读取List foo3中的元素的时候，你能保证接收到什么类型的对象呢？

  • 你不能保证是一个Integer对象，因为foo3可能指向一个List<Number>或者List<Object>。
  • 你不能保证是一个Number对象，因为foo3可能指向一个List<Object>。
  • 你能保证的仅仅是它一定是一个Object类的实例或者Object子类的实例（但是你不知道到底是哪个子类）。
  1. 写入

给定上述可能的赋值语句，你能往List foo3中添加什么类型的对象从而保证它对于所有可能的ArrayList都是合法的呢？

  • 你可以添加一个Integer实例，因为Integer类型对于上述所有的 list 都是合法的。
  • 你可以添加任何Integer子类的实例，因为一个Integer子类的实例都可以向上转型成上面列表中的元素类型。
  • 你不可以添加Double类型，因为foo3可能指向的是ArrayList<Integer>。
  • 你不可以添加Number类型，因为foo3可能指向的是ArrayList<Integer>。
  • 你不可以添加Object类型，因为foo3可能指向的是ArrayList<Integer>。

PECS

PECS是"Producer Extends,Consumer Super"（生产者用 Extends，消费者用 Super）的缩写。

  • "Producer Extends"的意思是，如果你需要一个List去生产T类型 values（也就是说你需要去 list 中读取T 类型实例），你需要声明这个List中的元素为? extends T，例如List<? extends Integer>，但是你不能往里面添加元素。
  • "Consumer Super"的意思是，如果你需要一个List去消费T类型 values（也就是说你需要往 list 中添加T 类型实例），你需要声明这个List中的元素为? super T，例如List<? super Integer>。但是不能保证你从这个 list 中读取出来对象类型。
  • 如果你既需要往 list 中写，也需要从 list 中读，那么你就不能用通配符?，必须用精确的类型，比如List<Integer>。
  • 可以参考 JDK 源码中的 Collections 类的 copy 方法，来理解 PECS，源码在文末有。
两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮
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