【Java】泛型之 super通配符

我们前面已经讲到了泛型的继承关系：Pair<Integer>不是Pair<Number>的子类。

考察下面的set方法：

void set(Pair<Integer> p, Integer first, Integer last) {p.setFirst(first);p.setLast(last);
}

传入Pair<Integer>是允许的，但是传入Pair<Number>是不允许的。

和extends通配符相反，这次，我们希望接受Pair<Integer>类型，以及Pair<Number>、Pair<Object>，因为Number和Object是Integer的父类，setFirst(Number)和setFirst(Object)实际上允许接受Integer类型。

我们使用super通配符来改写这个方法：

void set(Pair<? super Integer> p, Integer first, Integer last) {p.setFirst(first);p.setLast(last);
}

注意到Pair<? super Integer>表示，方法参数接受所有泛型类型为Integer或Integer父类的Pair类型。

下面的代码可以被正常编译：

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Number> p1 = new Pair<>(12.3, 4.56);Pair<Integer> p2 = new Pair<>(123, 456);setSame(p1, 100);setSame(p2, 200);System.out.println(p1.getFirst() + ", " + p1.getLast());System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());}static void setSame(Pair<? super Integer> p, Integer n) {p.setFirst(n);p.setLast(n);}}class Pair<T> {private T first;private T last;public Pair(T first, T last) {this.first = first;this.last = last;}public T getFirst() {return first;}public T getLast() {return last;}public void setFirst(T first) {this.first = first;}public void setLast(T last) {this.last = last;}
}

考察Pair<? super Integer>的setFirst()方法，它的方法签名实际上是：

void setFirst(? super Integer);
因此，可以安全地传入Integer类型。

再考察Pair<? super Integer>的getFirst()方法，它的方法签名实际上是：

? super Integer getFirst();
这里注意到我们无法使用Integer类型来接收getFirst()的返回值，即下面的语句将无法通过编译：

Integer x = p.getFirst();
因为如果传入的实际类型是Pair<Number>，编译器无法将Number类型转型为Integer。

注意：虽然Number是一个抽象类，我们无法直接实例化它。但是，即便Number不是抽象类，这里仍然无法通过编译。此外，传入Pair<Object>类型时，编译器也无法将Object类型转型为Integer。

唯一可以接收getFirst()方法返回值的是Object类型：

Object obj = p.getFirst();
因此，使用<? super Integer>通配符表示：

允许调用set(? super Integer)方法传入Integer的引用；

不允许调用get()方法获得Integer的引用。

唯一例外是可以获取Object的引用：Object o = p.getFirst()。

换句话说，使用<? super Integer>通配符作为方法参数，表示方法内部代码对于参数只能写，不能读。

对比`extends`和`supe`r通配符

我们再回顾一下extends通配符。作为方法参数，<? extends T>类型和<? super T>类型的区别在于：

<? extends T>允许调用读方法T get()获取T的引用，但不允许调用写方法`set(T)传入T的引用（传入null除外）；

<? super T>允许调用写方法set(T)传入T的引用，但不允许调用读方法T get()获取T的引用（获取Object除外）。

一个是允许读不允许写，另一个是允许写不允许读。

先记住上面的结论，我们来看Java标准库的Collections类定义的copy()方法：

public class Collections {// 把src的每个元素复制到dest中:public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {for (int i=0; i<src.size(); i++) {T t = src.get(i);dest.add(t);}}
}

它的作用是把一个List的每个元素依次添加到另一个List中。它的第一个参数是List<? super T>，表示目标List，第二个参数List<? extends T>，表示要复制的List。我们可以简单地用for循环实现复制。在for循环中，我们可以看到，对于类型<? extends T>的变量src，我们可以安全地获取类型T的引用，而对于类型<? super T>的变量dest，我们可以安全地传入T的引用。

这个copy()方法的定义就完美地展示了extends和super的意图：

copy()方法内部不会读取dest，因为不能调用dest.get()来获取T的引用；
copy()方法内部也不会修改src，因为不能调用src.add(T)。

这是由编译器检查来实现的。如果在方法代码中意外修改了src，或者意外读取了dest，就会导致一个编译错误：

public class Collections {// 把src的每个元素复制到dest中:public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {...T t = dest.get(0); // compile error!src.add(t); // compile error!}
}

这个copy()方法的另一个好处是可以安全地把一个List<Integer>添加到List<Number>，但是无法反过来添加：

// copy List<Integer> to List<Number> ok:
List<Number> numList = ...;
List<Integer> intList = ...;
Collections.copy(numList, intList);// ERROR: cannot copy List<Number> to List<Integer>:
Collections.copy(intList, numList);

而这些都是通过super和extends通配符，并由编译器强制检查来实现的。

PECS原则

何时使用extends，何时使用super？为了便于记忆，我们可以用PECS原则：Producer Extends Consumer Super。

即：如果需要返回T，它是生产者（Producer），要使用extends通配符；如果需要写入T，它是消费者（Consumer），要使用super通配符。

还是以Collections的copy()方法为例：

public class Collections {public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {for (int i=0; i<src.size(); i++) {T t = src.get(i); // src是producerdest.add(t); // dest是consumer}}
}

需要返回T的src是生产者，因此声明为List<? extends T>，需要写入T的dest是消费者，因此声明为List<? super T>。

无限定通配符
我们已经讨论了<? extends T>和<? super T>作为方法参数的作用。实际上，Java的泛型还允许使用无限定通配符（Unbounded Wildcard Type），即只定义一个?：

void sample(Pair<?> p) {
}

因为<?>通配符既没有extends，也没有super，因此：

不允许调用set(T)方法并传入引用（null除外）；
不允许调用T get()方法并获取T引用（只能获取Object引用）。
换句话说，既不能读，也不能写，那只能做一些null判断：

static boolean isNull(Pair<?> p) {return p.getFirst() == null || p.getLast() == null;
}
大多数情况下，可以引入泛型参数<T>消除<?>通配符：static <T> boolean isNull(Pair<T> p) {return p.getFirst() == null || p.getLast() == null;
}

<?>通配符有一个独特的特点，就是：Pair<?>是所有Pair<T>的超类：

public class Main {public static void main(String[] args) {Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);Pair<?> p2 = p; // 安全地向上转型System.out.println(p2.getFirst() + ", " + p2.getLast());}}class Pair<T> {private T first;private T last;public Pair(T first, T last) {this.first = first;this.last = last;}public T getFirst() {return first;}public T getLast() {return last;}public void setFirst(T first) {this.first = first;}public void setLast(T last) {this.last = last;}
}