浅析Java泛型中extends和super作用

一、前言

最近依然在看《Java编程思想》这本书，说实话，非常晦涩难懂，除了讲的比较深入外，翻译太烂也是看不懂的一个重要原因。今天在看泛型这一章，也算是有些收获吧，所以写篇博客，记录一下其中比较容易遗忘的一个知识点：在泛型中，extends和super关键字的含义和用法。

二、描述

学过Java的人应该都知道，extends和super这两个关键字的最常见的用法：

extends：让一个类继承另外一个类；
super：指向父类对象的引用；

但是在泛型中，这两个关键字都被重载，有了新的含义和用法；

三、解析

1、extends在泛型中的基本使用

我们通过一段代码进行讲解：

// 在泛型中使用extends：<T extends Number>
public class Test <T extends Number> {

	public static void main(String[] args) {
		// 正确使用：Number、Integer、Double、Byte 均属于 Number
		Test<Number> t = new Test<>();
		Test<Integer> t1 = new Test<>();
		Test<Double> t2 = new Test<>();
		Test<Byte> t3 = new Test<>();
		
		// 错误使用：String不属于Number
//		Test<String> t4 = new Test<>();
	}
}

看上面的代码，我们声明了一个类Test，它有一个泛型T，T的声明为<T extends Number>，这表示什么意思呢？这表明：类Test的泛型，只能是Number类型，或者Number类型的派生类型（子类型）；所以，在下面的main方法中，我们将Test类对象的泛型定为Number、Integer、Double、Byte均没有问题，因为它们是Number本身，或者Number的子类型；但是我们将泛型定义为String类型，就会编译错误，因为String不是Number类型的派生类。所以，泛型中extends关键字的作用就是：限定泛型的上边界；

2、Java泛型中的通配符

上面讲解了泛型中，extends关键字最基本的用法，比较简单，但是在实际的使用中，还有一种更加复杂的用法，就是搭配泛型中的通配符 ? 使用，所以我先来简单的介绍一下泛型中的通配符—— ?；

在泛型中的通配符就是一个问号，标准叫法是无界通配符，它一般使用在参数或变量的声明上：

// 在参数中使用无界通配符
public static void test(List<?> list) {
    Object o = list.get(1);
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();

    // 在变量声明中使用无界通配符
    List<?> list2 = list1;

    test(list1);
    test(list2);
}

泛型中使用无界通配符，表示泛型可以是任意具体的类型，没有限制（基本数据类型除外，基本数据类型不能用作泛型，可以使用基本数据类型的包装类）；所以无界通配符给人的感觉就和原生的类型没什么区别，比如就上面这段代码，使用List<?>，和直接使用List，好像是一样的；但是实际上还是有一些区别的，比如看下面这段代码:

// 在参数中使用无界通配符
public static void test1(List<?> list) {
    // 均编译错误，因为使用了无界通配符，编译器无法确定具体是什么类型
    // list.add(1111);
    // list.add("aaa");
    // list.add(new Object());
}
// 在参数中使用原生List
public static void test2(List list) {
    // 编译通过，不加泛型时，编译器默认为Object类型
    list.add(1111);
    list.add("aaa");
    list.add(new Object());
}

public static void main(String[] args) {
    // 声明两个泛型明确的list集合
    List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
    List<String> list2 = new ArrayList<>();
	// 调用使用了<？>的方法
    test(list1);
    test(list2);
}

上面这段代码演示了使用通配符和原生类型的区别。在方法test1中，使用了泛型类型为通配符的List，此时，我们将无法使用List的add方法，为什么？我们先看一下add方法的声明：

1	boolean add(E e);

我们可以看到，add方法的参数类型是一个泛型，可是在test1中，我们在泛型中使用了通配符，这意味着list的泛型可以是任意类型，编译器并不知道它具体是哪种类型，所以不允许我们调用list中的泛型方法。这时候大家可能有点疑问，为什么Object类型也不行呢，Object类型不是所有类型的父类吗。那是因为Java对于原生类型和通配符有不一样的定义，而在语法的设计上要符合这种定义；

在《Java编程思想》上描述了使用通配符泛型和原生类型在定义上的区别：

List：表示可以存储任意Object类型的集合；
List<?>：表示一个存储某种特定类型的List集合，但是不知道这种特定类型是什么；

从上面对两种定义的描述，我们可以大致了解通配符与原生类型的区别；当然，具体其实还要更加复杂，但是我现在着重讲的是泛型中的extends和super关键字，所有这里就不赘述了，上面的讲解主要是为了引出下面的内容。下面开始讲解这两个关键字如何搭配通配符使用。

3、extends关键字搭配?使用

上面讲解了extends的一个简单用法，现在来讲解一个更加复杂的用法，就是extends关键字搭配无界通配符?使用。首先还是一样，来看一段代码：

public static void test1(List<? extends Number> list) {
    Number number = list.get(1);
    // 下列均编译错误：list中元素的类型可以是任意Number的子类，所有无法确定list存储的具体是哪一种类型
    //	list.add(11);
    //	list.add(new Integer(1));
    //	list.add(new Double(1));
}

public static void test2(List list) {
    Object object = list.get(1);
    // 编译通过：原生list可以存储任意Object类型
    list.add(11);
    list.add(new Integer(1));
    list.add(new Double(1));
}

public static void main(String[] args) {
    // 注意下列List的泛型
    List<String> list1 = new ArrayList<>();
    List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
    List<Double> list3 = new ArrayList<>();
    List<Number> list4 = new ArrayList<>();

    // 调用使用了泛型的方法
    test1(list1);	// 编译错误，因为list1的泛型为String，不是Number的子类
    test1(list2);	// 编译通过，因为list2的泛型为Integer，是Number的子类
    test1(list3);	// 编译通过，因为list3的泛型为Double，是Number的子类
    test1(list4);	// 编译通过，因为list4的泛型为Number，是Number的本身
}

我们通过上面这段代码进行讲解。上面我们定义了一个方法，名字叫test1，它接收一个参数List<? extends Number> list，这表示参数是一个List类型，而且这个List类型的泛型不确定，但是只能是Number类型，或者Number类型的子类，所以我们在main方法中创建了四个List对象，泛型分别是Number、Integer、Double、String，只有String类型的list作为参数调用test1时，才编译错误，因为String不是Number类型的子类；所以，此处extends的作用是：限定了参数或变量中，泛型的上界；

这种写法有什么好处呢？好处就是：我们确定了泛型的上界，缩小了类型的范围，例如test1中，我们取出List集合中的元素，返回值是一个Number，而不是像test2方法中，返回值是Object类型。这是因为我们使用extends，限制了泛型的类型是Number或其子类，于是编译器就可以知道，这个list中的所有元素，一定属于Number，所有可以用Number接收，也可以调用Number类的方法；但是在test2方法中，没有限定类型上界，所有只能用Object接收；

那这么写有什么问题呢？也很明显，就是我们在讲通配符时说到的问题：无法调用参数为泛型的方法。我们使用了通配符，同时继承了Number类，根据我们之前说过的定义，List<? extends Number> list表示一个存储特定类型的List集合，且这个类型是Number或者Number的子类，这就是Java给这种参数的定义。所以编译器只能知道，这个list中，元素的大致类型，但是它具体是哪种类型，编译器不知道，所以编译器不允许我们调用任何需要用到这个具体类型信息的方法；比如我们传入一个元素为Byte类型的List，然后再调用add方法，为集合加入一个int值，这显然是不合理的。所以，使用这种参数类型，有时候也可以帮助我们限定某些不应该进行的操作。

4、super关键字搭配?使用

super关键字和extends关键字的含义相反，super关键字的作用是：限定了泛型的下界；还是先看一段代码：

public static void test1(List<? super Integer> list) {
    // 只能通过Object接收
    Object object = list.get(1);

    // 编译正确，允许以下操作
    list.add(111);
    list.add(new Integer(1));
    // 编译错误，1.5不是Integer
	list.add(1.5);
}

public static void main(String[] args) {
    // 创建三个用于测试的List集合，泛型不同
    List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
    List<Number> list2 = new ArrayList<>();
    List<Double> list3 = new ArrayList<>();

    // 调用使用了泛型的方法
    test1(list1);	// 编译正确，因为list1的泛型为Integer，等价于参数中泛型的下界
    test1(list2);	// 编译正确，因为list2的泛型为Number，是Integer的基类
    test1(list3);	// 编译错误，因为list1的泛型为Double，不是Integer的基类
}

上面的代码中定义了一个方法test1来测试泛型中的super关键字，这个方法的参数类型是List<? super Integer> list，这表示这个方法的参数是一个List集合，而集合的泛型只能是Integer，或者Integer的基类。我们在main方法中定义了三个集合验证这个结论，这三个集合的泛型各不相同，分别使用这三个集合作为参数，调用test1方法。结果，泛型为Integer，以及Number的集合，调用方法成功，而泛型为Double的list编译错误。

我们看test1中的代码可以发现，与泛型中使用extends关键字不同，使用super关键字可以调用add这个参数为泛型的方法，这是为什么呢？因为我们在泛型中使用了super这个，限定了泛型的下界为Integer，这表示在list这个集合中，所有的元素一定是Integer类型，或者Integer类型的基类型，比如说Number；这表明，我们在集合中添加一个Integer类型的元素，一定是合法的，因为Integer类型的对象，肯定也是一个Integer的基类型的对象（多态）；当然，如果Integer还有子类，那也可以在add中传入Integer的子类对象（虽然Integer没有子类）；

但是我们从这个list中取出元素，只能用Object接收，这是为什么呢？因为我们定义了list的泛型下界是Integer，表明list的具体泛型可以是Integer的任何基类，而一个类的基类不止一个，比如Integer继承Number，而Number又继承Object。在这种情况下，编译器并不知道泛型具体是哪一种类型，所以只能用最高类Object进行接收。

四、总结

上面的内容大致的讲解了一下泛型中extends和super关键字的用法，让人可以有一个简单的认识，但是更多的是我个人的理解。通过看书，我觉得泛型是一个很复杂的东西，仅仅只是看还是不够的，还是需要多多实践，在实践中才能加深理解。

参考

《Java编程思想》