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[Java教程]如何理解 Java 中的 T extends Comparable? super T


 

Java 中类似 <T extends Comparable<? super T>> 这样的类型参数 (Type Parameter) 在 JDK 中或工具类方法中经常能看到。比如 java.util.Collections 类中的这个方法声明:

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)

我知道 extendssuper 这样的关键字在泛型中是干什么的,但对上面这样复杂的类型参数声明着实有点看不懂。

我觉得类型参数 T 写成这样就足够了:

<T extends Comparable<T>>

可 T 偏偏被声明成这样:

<T extends Comparable<? super T>>

搞这么复杂图啥呢?难道 Java 只是高智商人士的玩具?

平常写工具类的机会比较少,上面的方法参数类型看不懂或写不出来问题倒也不大。只要知道怎么调用这些方法,日子就能混过去。我估计像我这样混日子的程序员不少吧。

终于有一天,我觉得有点对不起 Java Developer 这个头衔了,于是认真看了看书,认真 Google 了一下,终于搞明白了这样的类型参数是怎么回事儿。

1 <T extends Comparable<T>><T extends Comparable<? super T>> 有什么不同

<T extends Comparable<T>>
类型 T 必须实现 Comparable 接口,并且这个接口的类型是 T。只有这样,T 的实例之间才能相互比较大小。例如,在实际调用时若使用的具体类是 Dog,那么 Dog 必须 implements Comparable<Dog>
<T extends Comparable<? super T>>
类型 T 必须实现 Comparable 接口,并且这个接口的类型是 T 或 T 的任一父类。这样声明后,T 的实例之间,T 的实例和它的父类的实例之间,可以相互比较大小。例如,在实际调用时若使用的具体类是 Dog (假设 Dog 有一个父类 Animal),Dog 可以从 Animal 那里继承 Comparable<Animal> ,或者自己 implements Comparable<Dog>


2 我对 <T extends Comparable<? super T>> 类型参数的理解

光看上面的定义除了摸不着头脑,不会有其它感觉。下面用代码来说明为什么要这样声明。


2.1 代码运行环境

我使用的 JDK 版本是: 1.8.0_60 ,在 Eclipse 中编译运行。因为注释用了中文,编码采用 UTF-8。如果你要在命令行下编译、运行,编译时要使用 -encoding UTF-8 选项:

javac -encoding UTF-8 TypeParameterTest.java

另外,Eclipse 中的警告、错误信息跟命令行中的不一样(个人感觉 Eclipse 中的信息要好懂一些)。以下的示例以 Eclipse 中的信息为准。



2.2 示例代码

 1: package generics3; 2:  3: import java.util.ArrayList; 4: import java.util.Collections; 5: import java.util.List; 6:  7: public class TypeParameterTest 8: { 9:   //第一种声明:简单,灵活性低10:   public static <T extends Comparable<T>> void mySort1(List<T> list)11:   {12:     Collections.sort(list);13:   }14: 15:   //第二种声明:复杂,灵活性高16:   public static <T extends Comparable<? super T>> void mySort2(List<T> list)17:   {18:     Collections.sort(list);19:   }20: 21:   public static void main(String[] args)22:   {23:     //在这个方法中要创建一个 Animal List 和一个 Dog List,然后分别调用两个排序方法。24:   }25: }26: 27: class Animal implements Comparable<Animal>28: {29:   protected int age;30: 31:   public Animal(int age)32: 33:   {34:     this.age = age;35:   }36: 37:   //使用年龄与另一实例比较大小38:   @Override39:   public int compareTo(Animal other)40:   {41:     return this.age - other.age;42:   }43: }44: 45: class Dog extends Animal46: {47:   public Dog(int age)48:   {49:     super(age);50:   }51: }

上面的代码包括三个类:

  1. Animal 实现了 Comparable<Animal> 接口,通过年龄来比较实例的大小
  2. Dog 继承自 Animal
  3. TypeParameterTest 类中提供了两个排序方法和测试用的 main() 方法:
    • mySort1() 使用 <T extends Comparable<T>> 类型参数
    • mySort2() 使用 <T extends Comparable<? super T>> 类型参数
    • main() 测试方法。在这个方法中要创建一个 Animal List 和一个 Dog List ,然后分别调用两个排序方法


2.3 测试 mySort1() 方法

 1: // 创建一个 Animal List 2: List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(); 3: animals.add(new Animal(25)); 4: animals.add(new Dog(35)); 5:  6: // 创建一个 Dog List 7: List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); 8: dogs.add(new Dog(5)); 9: dogs.add(new Dog(18));10: 11: // 测试 mySort1() 方法12: mySort1(animals);13: mySort1(dogs);

Line 13 出编译错误了。Eclipse 说:

The method mySort1(List<T>) in the type TypeParameterTest is not applicable for the arguments (List<Dog>)

为什么会出错误呢? mySort1() 方法的类型参数是 <T extends Comparable<T>> ,它要求的类型参数是类型为 T 的 Comparable

如果传入的是 List<Animal> ,没问题,因为 Animal implements Comparable<Animal>

但是,如果传入的参数是 List<Dog> 有问题,因为 Dog 没有 implements Comparable<Dog> ,它只是从 Animal 继承了一个 Comparable<Animal>

不知道大家注意到没有,那个 animals list 中实际上是包含一个 Dog 实例的。如果你碰上类似的情况(子类 list 不能传入到一个方法中),可以考虑把子类实例放到一个父类 List 中,避免编译错误。



2.4 测试 mySort2() 方法

 1: public static void main(String[] args) 2: { 3:   // 创建一个 Animal List 4:   List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(); 5:   animals.add(new Animal(25)); 6:   animals.add(new Dog(35)); 7:  8:   // 创建一个 Dog List 9:   List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();10:   dogs.add(new Dog(5));11:   dogs.add(new Dog(18));12: 13:   // 测试 mySort2() 方法14:   mySort2(animals);15:   mySort2(dogs);16: }

两个方法调用都没有问题。 第二个方法不但可以接受 Animal implements Comparable<Animal> 这样的参数,也可以接收: Dog implements Comparable<Animal> 这样的参数。



2.5 Dog 可以 implements Comparable<Dog> 吗?

如果让 Dog implements Comparable<Dog> 不也可以解决前面的那个编译错误吗?

1: class Dog extends Animal implements Comparable<Dog>2:  {3:    public Dog(int age)4:    {5:      super(age);6:    }7:  }

很不幸,出错了。Eclipse 说:

The interface Comparable cannot be implemented more than once with different arguments: Comparable<Animal> and Comparable<Dog>

就是说,Dog 已经从父类 Animal 那里继承了一个 Comparable ,它不能再实现一个 Comparable

如果子类不喜欢父类的实现怎么办? Override 父类的 public int compareTo(Animal other) 方法。



2.6 <T extends Comparable<? super T>> 类型参数声明的好处

对 Animal/Dog 这两个有父子关系的类来说: <T extends Comparable<? super T>> 可以接受 List<Animal> ,也可以接收 List<Dog> 。 而 <T extends Comparable<T>> 只可以接收 List<Animal>

所以,<T extends Comparable<? super T>> 这样的类型参数对所传入的参数限制更少,提高了 API 的灵活性。总的来说,在保证类型安全的前提下,要使用限制最少的类型参数。




3 其他

 

3.1 JDK 中的例子

JDK 中这样的例子很多,比如 java.util.Date 和 java.sql.Date 这两个类:

public class Date  implements java.io.Serializable, Cloneable, Comparable<Date>

public class Date extends java.util.Date

  • java.sql.Datejava.util.Date 的子类。
  • java.util.Date 实现了 Comparable<java.util.Date>~,所以 ~java.sql.Date 也拥有了 Comparable<java.util.Date> 类型。
  • java.sql.Date 不能再 implements Comparable<java.sql.Date>
  • 如果你有一个 List<java.sql.Date> 并对它排序的话,只能传给拥有 <T extends Comparable<? super T>> 这种类型参数的方法。


3.2 《Effective Java》 一书对 <T extends Comparable<? super T>> 这种类型参数的解释

这本书使用 Produce-Extends, Consume-Super (PESC) 原则来解释。这个原则不但可以帮你理解复杂的声明,而且可以指导你在定义类型参数时,何时使用 extends ,何时使用 super,有助于你写出复杂的、适应性强的类型参数来。

有兴趣的同学可以看看这本书的 Item 28: Use bounded wildcards to increase API flexibility



3.3 泛型是个脑力活

简单的泛型很好理解很好用,但稍微复杂一点,就变得很难理解。


3.3.1 脑子开窍开大了

在琢磨这个问题时,我脑洞一开,心想,T 这样的东西太一般化,有点摸不着头脑,不好理解。如果把 T 换成一个具体类,应该会好理解。于是我就想出了这样两个声明:

<Dog extends Comparable<Dog>>

<Dog extends Comparable<? super Dog>>

我挺得意,觉得这样先用具体的类理解,然后再换成一般的类型,由具体到一般,多符合逻辑啊!后来发现这样的声明有个大问题,Eclipse 给了个黄色警告:

The type parameter Dog is hiding the type Dog

上面这句话翻译过来就是: 类型参数 Dog 掩盖了 类型 Dog 。

<Dog extends Comparable<Dog>> 这个声明中,extends 前面的部分必须是类型参数。类型参数一般用 T,E 这样的大写字母,但也可以是小写或者一个单词(只要是个标识符就行)。所以,Dog 在这里是一个类型参数,不是一个具体类。但我已经创建过一个具体的 Dog 类了。怎么办?类型参数 Dog 赢了,具体类 Dog 暂时靠边站。类似于你有一个实例变量 x 。然后你在一个方法中又声明了一个局部变量也叫 x 。在执行这个方法时,方法中的这个局部变量 x 就暂时掩盖了(shadow) 实例变量 x 。



3.3.2 脑子一点也不开窍

有时候想得多了,脑子就糊涂了,一点儿也不开窍,连简单问题也不明白了。 比如,我可以这样定义一个方法:

public static <T extends Animal> void mySort3(List<T> list){  Collections.sort(list);}

也可以这样定义一个方法:

public static void mySort4(List<? extends Animal> list){  Collections.sort(list);}

第二个方法没有 T ,也能实现跟第一个方法同样的功能,我为什么非得要一个 T 呢?在脑子思虑过度的情况下,进死胡同了。在我准备放狗搜之前,总算想明白了。

第二个方法中,参数是: List<? extends Animal> list 。 这个方法可以接收 List<Animal> ,也可以接收 List<Dog> 。这里没有使用类型参数,只是使用泛型的限定符对所传入的 List 的类型做了一个限定。

而在第一个方法中,使用了一个类型参数 T 。这个 T 可以是 Animal ,也可以是 Animal 的子类 Dog。

在第一个方法中,看不出定义一个类型参数有什么作用。但是,类型参数不但可以在方法参数中使用,也可以在方法返回值和方法体内使用。比如下面这个方法:

1: public <T extends Comparable<? super T>> T test1(T t, List<T> list)2: {3:   for (T element : list)4:   {5:     if (element.equals(t))6:       return t;7:   }8:   return null;9: }

你定义了一个类型参数 T ,这个 T 定义成 : <T extends Comparable<? super T>> 。定义好之后,你就可以在参数中,返回值中,以及方法体内使用这个 T 了。如果不使用类型参数,是达不到这种效果的。

你也可以定义多个类型参数,并让这些参数之间有关联:

1: public <T, S extends T> T test2(T t, S s)2: {3:   return s;4: }



3.3.3 多练习练习

我从 JDK 中找了两段程序,看看能不能看明白。


  1. 程序一

    TreeSet 类是这样声明的:

    1: public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>2:   implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

    它有个 constructor 是这样定义的:

    1: public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {2:   this(new TreeMap<>(comparator));3: }


  2. 程序二

    Collections 类的 max() 方法:

     1: public static <T> T max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) { 2:   if (comp==null) 3:     return (T)max((Collection) coll); 4:  5:   Iterator<? extends T> i = coll.iterator(); 6:   T candidate = i.next(); 7:  8:   while (i.hasNext()) { 9:     T next = i.next();10:     if (comp.compare(next, candidate) > 0)11:       candidate = next;12:   }13:   return candidate;14: }

    这段程序也展示了类型参数的另一种用法:类型参数本身只是简简单单的 <T> ,但在方法参数和方法体中,却以 T 为基础,向上向下进行了扩展: <? super T><? extends T>





4 推荐一本书:《SCJP Sun Certified Programmer for Java 6 Exam 310-065》

这本书的作者是:Kathy Sierra 和 Bert Bates,所以此书也被称为“KB书”。从书名上就可以看出这本书是为 SCJP 6 认证考试而写的。因为是认证考试教材,这本书讲的不是很深,有很多方面也没有涉及到。但这本书对 Java 基本概念的讲解非常透彻而又不啰嗦。它不但是认证宝典中的宝典,而且也非常适合已经入门的 Java 程序员阅读。这本书现在有 Java 7 的版本,不知道以后会不会出 Java 8 版本。如果出的话,我会去买一本。



5 参考书目和链接

  1. What is <? super T> syntax?
  2. What is the difference between these class declarations with Comparable?
  3. Java:泛型
  4. Effective Java (2nd Edition)
  5. SCJP Sun Certified Programmer for Java 6 Exam 310-065



Created: 2016-04-13 Wed 20:54

Emacs 24.5.1 (Org mode 8.2.10)

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