我对Java泛型如何处理继承/多态性感到有点困惑。
假设以下层次结构 -
动物（家长）
狗 - 猫（儿童）
假设我有一个方法doSomething(List<Animal> animals)。根据所有继承和多态的规则，我假设List<Dog> 是List<Animal>而List<Cat> 是 a { {1}} - 所以任何一个都可以传递给这个方法。不是这样。如果我想实现这种行为，我必须通过说List<Animal>显式地告诉该方法接受Animal的任何子类的列表。
我知道这是Java的行为。我的问题是为什么？为什么多态通常是隐含的，但是当涉及泛型时必须指定它？
答案 0 :(得分：838)
不，List<Dog> 不是List<Animal>。考虑使用List<Animal>可以做些什么 - 你可以添加任何动物......包括一只猫。现在，你可以逻辑地将一只猫添加到一窝幼犬吗？绝对不是。
// Illegal code - because otherwise life would be Bad
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); // ArrayList implements List
List<Animal> animals = dogs; // Awooga awooga
animals.add(new Cat());
Dog dog = dogs.get(0); // This should be safe, right?
突然间你有一只非常迷茫的猫。
现在，您无法向Cat添加List<? extends Animal>，因为您不知道它是List<Cat>。您可以检索一个值并知道它将是Animal，但您无法添加任意动物。对于List<? super Animal>，反之亦然 - 在这种情况下，您可以安全地向其添加Animal，但您不知道从中检索到什么，因为它可能是{{1} }}
答案 1 :(得分：73)
您要找的是 covariant type参数。这意味着如果一种类型的对象可以替换为方法中的另一种类型（例如，Animal可以替换为Dog），则同样适用于使用这些对象的表达式（所以{{1} }可以替换为List<Animal>）。问题是一般来说协方差对于可变列表是不安全的。假设您有List<Dog>，并且它被用作List<Dog>。当您尝试将Cat添加到此List<Animal>时真的是List<Animal>会发生什么？自动允许类型参数协变会破坏类型系统。
添加语法以允许将类型参数指定为协变会很有用，这样可以避免方法声明中的List<Dog>，但这会增加额外的复杂性。
答案 2 :(得分：43)
List<Dog>不是List<Animal>的原因是，例如，您可以将Cat插入List<Animal>，但不能插入List<Dog>你可以使用通配符在可能的情况下使泛型更具可扩展性;例如，从List<Dog>读取与从List<Animal>读取相似 - 但不是写作。
Generics in the Java Language和Section on Generics from the Java Tutorials有一个非常好的，深入的解释，为什么有些东西是多态的，或者不是泛型的。
答案 3 :(得分：32)
我想说泛型的全部意义在于它不允许这样做。考虑数组的情况，它允许这种类型的协方差：
Object[] objects = new String[10];
objects[0] = Boolean.FALSE;
该代码编译良好，但在第二行引发运行时错误（java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Boolean）。它不是类型安全的。泛型的要点是添加编译时类型安全性，否则你可以坚持使用没有泛型的普通类。
现在有时您需要更加灵活，这就是? super Class和? extends Class的用途。前者是需要插入类型Collection（例如）时，后者是需要以类型安全的方式从中读取时。但同时进行这两种操作的唯一方法是使用特定类型。
答案 4 :(得分：32)
我认为应该在other answers提到的内容中添加一点，而
List<Dog>不是Java中的List<Animal>
也是如此。
狗的名单是 - 英文的动物名单（嗯，在合理的解释下）
OP的直觉工作方式 - 当然完全有效 - 是后一句话。但是，如果我们应用这种直觉，我们会在其类型系统中获得一种非Java风格的语言：假设我们的语言允许将猫添加到我们的狗列表中。那是什么意思？这意味着该名单不再是狗的名单，而只是一个动物名单。还有一份哺乳动物清单和一份四足动物清单。
换句话说：Java中的List<Dog>并不意味着＆＃34;狗的列表＆＃34;在英语中，它表示＆＃34;一个可以有狗的列表，没有别的＆＃34;。
更一般地说， OP的直觉适用于一种语言，在该语言中，对象的操作可以改变其类型，或者更确切地说，对象的类型是（动态）其价值的功能。
答案 5 :(得分：8)
要理解这个问题，与数组进行比较是有用的。
List<Dog>是不是 List<Animal>的子类
但 Dog[] 是 Animal[]的子类。
数组是reifiable和协变。
Reifiable表示其类型信息在运行时完全可用。
因此，数组提供运行时类型安全性，但不提供编译时类型安全性。
// All compiles but throws ArrayStoreException at runtime at last line
Dog[] dogs = new Dog[10];
Animal[] animals = dogs; // compiles
animals[0] = new Cat(); // throws ArrayStoreException at runtime
对于泛型，反之亦然：
泛型为erased且不变。
因此泛型不能提供运行时类型安全性，但它们提供编译时类型安全性。
在下面的代码中，如果泛型是协变的，则可以在第3行进行heap pollution。
List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
List<Animal> animals = dogs; // compile-time error, otherwise heap pollution
animals.add(new Cat());
答案 6 :(得分：5)
此类行为的基本逻辑是Generics遵循类型擦除机制。因此，在运行时，您无法确定collection的类型，而不是arrays，而不存在此类擦除过程。所以回到你的问题......
假设有一种方法如下：
add(List<Animal>){
//You can add List<Dog or List<Cat> and this will compile as per rules of polymorphism
}
现在，如果java允许调用者将Animal类型的List添加到此方法，那么您可能会在集合中添加错误的东西，并且在运行时它也会因类型擦除而运行。在数组的情况下，您将获得此类方案的运行时异常...
因此，本质上实现了这种行为，以便人们不能在集合中添加错误的东西。现在我认为类型擦除存在，以便与没有泛型的传统java兼容....
答案 7 :(得分：4)
这里给出的答案并没有完全说服我。所以，我做了另一个例子。
public void passOn(Consumer<Animal> consumer, Supplier<Animal> supplier) {
consumer.accept(supplier.get());
}
听起来不错，不是吗？但是，您只能为Consumer传递Supplier和Animal s。如果您有一个Mammal消费者，但Duck供应商，他们不应该适合，尽管两者都是动物。为了禁止这种情况，增加了额外的限制。
而不是上述内容，我们必须定义我们使用的类型之间的关系。
电子。克，
public <A extends Animal> void passOn(Consumer<A> consumer, Supplier<? extends A> supplier) {
consumer.accept(supplier.get());
}
确保我们只能使用为消费者提供正确类型对象的供应商。
OTOH，我们也可以这样做
public <A extends Animal> void passOn(Consumer<? super A> consumer, Supplier<A> supplier) {
consumer.accept(supplier.get());
}
我们采用另一种方式：我们定义Supplier的类型并限制它可以放入Consumer。
我们甚至可以做到
public <A extends Animal> void passOn(Consumer<? super A> consumer, Supplier<? extends A> supplier) {
consumer.accept(supplier.get());
}
其中，具有直观关系Life - ＆gt; Animal - ＆gt; Mammal - ＆gt; Dog，Cat等，我们甚至可以将Mammal加入Life个消费者，而不是String加入Life个消费者。
答案 8 :(得分：3)
实际上，您可以使用界面来实现您想要的效果。
public interface Animal {
String getName();
String getVoice();
}
public class Dog implements Animal{
@Override
String getName(){return "Dog";}
@Override
String getVoice(){return "woof!";}
}
然后您可以使用
来使用这些集合List <Animal> animalGroup = new ArrayList<Animal>();
animalGroup.add(new Dog());
答案 9 :(得分：1)
如果您确定列表项是给定超类型的子类，则可以使用此方法强制转换列表：
(List<Animal>) (List<?>) dogs
当你想在构造函数中传递列表或迭代它时，这很有用
答案 10 :(得分：1)
参数化类型的子类型为invariant。即使班级Dog是Animal的子类型，参数化类型List<Dog>也不是List<Animal>的子类型。相反，数组使用covariant子类型，因此数组
类型Dog[]是Animal[]的子类型。
不变子类型确保不会违反Java强制执行的类型约束。请考虑@Jon Skeet给出的以下代码：
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(1);
List<Animal> animals = dogs;
animals.add(new Cat()); // compile-time error
Dog dog = dogs.get(0);
正如@Jon Skeet所说，这段代码是非法的，因为否则它会在狗预期时通过返回猫来违反类型限制。
将上述内容与数组的类似代码进行比较是有益的。
Dog[] dogs = new Dog[1];
Object[] animals = dogs;
animals[0] = new Cat(); // run-time error
Dog dog = dogs[0];
代码合法。但是，抛出array store exception。 数组在运行时以JVM可以强制执行的方式传递其类型 类型协变子类型的安全性。
为了进一步理解这一点，让我们看看下面类javap生成的字节码：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demonstration {
public void normal() {
List normal = new ArrayList(1);
normal.add("lorem ipsum");
}
public void parameterized() {
List<String> parameterized = new ArrayList<>(1);
parameterized.add("lorem ipsum");
}
}
使用命令javap -c Demonstration，它显示以下Java字节码：
Compiled from "Demonstration.java"
public class Demonstration {
public Demonstration();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public void normal();
Code:
0: new #2 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: iconst_1
5: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."<init>":(I)V
8: astore_1
9: aload_1
10: ldc #4 // String lorem ipsum
12: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
17: pop
18: return
public void parameterized();
Code:
0: new #2 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: iconst_1
5: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."<init>":(I)V
8: astore_1
9: aload_1
10: ldc #4 // String lorem ipsum
12: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
17: pop
18: return
}
观察方法体的翻译代码是否相同。编译器用erasure替换了每个参数化类型。此属性至关重要，意味着它不会破坏向后兼容性。
总之，参数化类型无法实现运行时安全性，因为编译器会通过擦除替换每个参数化类型。这使得参数化类型只不过是语法糖。
答案 11 :(得分：1)
answer以及其他答案都是正确的。我将使用我认为有用的解决方案来添加这些答案。我认为这经常出现在编程中。需要注意的一点是，对于集合（列表，集等），主要问题是添加到集合。事情就是崩溃的地方。即使删除也行。
在大多数情况下，我们可以使用Collection<? extends T>而不是Collection<T>，这应该是首选。但是，我发现这样做并不容易。关于这是否总是最好的事情，我们有争议。我在这里提出了一个类DownCastCollection，它可以将Collection<? extends T>转换为Collection<T>（我们可以定义List，Set，NavigableSet等的类似类），以便在使用标准方法时使用不方便。下面是一个如何使用它的示例（在这种情况下我们也可以使用Collection<? extends Object>，但我保持使用DownCastCollection来简化说明。
/**Could use Collection<? extends Object> and that is the better choice.
* But I am doing this to illustrate how to use DownCastCollection. **/
public static void print(Collection<Object> col){
for(Object obj : col){
System.out.println(obj);
}
}
public static void main(String[] args){
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.addAll(Arrays.asList("a","b","c"));
print(new DownCastCollection<Object>(list));
}
现在上课：
import java.util.AbstractCollection;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;
public class DownCastCollection<E> extends AbstractCollection<E> implements Collection<E> {
private Collection<? extends E> delegate;
public DownCastCollection(Collection<? extends E> delegate) {
super();
this.delegate = delegate;
}
@Override
public int size() {
return delegate ==null ? 0 : delegate.size();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return delegate==null || delegate.isEmpty();
}
@Override
public boolean contains(Object o) {
if(isEmpty()) return false;
return delegate.contains(o);
}
private class MyIterator implements Iterator<E>{
Iterator<? extends E> delegateIterator;
protected MyIterator() {
super();
this.delegateIterator = delegate == null ? null :delegate.iterator();
}
@Override
public boolean hasNext() {
return delegateIterator != null && delegateIterator.hasNext();
}
@Override
public E next() {
if(!hasNext()) throw new NoSuchElementException("The iterator is empty");
return delegateIterator.next();
}
@Override
public void remove() {
delegateIterator.remove();
}
}
@Override
public Iterator<E> iterator() {
return new MyIterator();
}
@Override
public boolean add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public boolean remove(Object o) {
if(delegate == null) return false;
return delegate.remove(o);
}
@Override
public boolean containsAll(Collection<?> c) {
if(delegate==null) return false;
return delegate.containsAll(c);
}
@Override
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
if(delegate == null) return false;
return delegate.removeAll(c);
}
@Override
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
if(delegate == null) return false;
return delegate.retainAll(c);
}
@Override
public void clear() {
if(delegate == null) return;
delegate.clear();
}
}
答案 12 :(得分：0)
让我们从JavaSE tutorial
中获取示例public abstract class Shape {
public abstract void draw(Canvas c);
}
public class Circle extends Shape {
private int x, y, radius;
public void draw(Canvas c) {
...
}
}
public class Rectangle extends Shape {
private int x, y, width, height;
public void draw(Canvas c) {
...
}
}
那么为什么不应该将狗（圆圈）列表隐含地视为动物（形状）列表，因为这种情况：
// drawAll method call
drawAll(circleList);
public void drawAll(List<Shape> shapes) {
shapes.add(new Rectangle());
}
所以Java＆＃34;架构师＆＃34;有2个选项可以解决这个问题：
不要认为子类型是隐含的超类型，并且给出编译错误，就像它现在发生的那样
将子类型视为它的超类型，并在编译时限制＆＃34;添加＆＃34;方法（因此在drawAll方法中，如果将传递圆形列表，形状的子类型，编译器应该检测到并限制编译错误）。
出于显而易见的原因，选择了第一种方式。
答案 13 :(得分：0)
我们还应该考虑编译器如何威胁泛型类：每当我们填充泛型参数时，“实例化”一个不同的类型。
因此，我们有<!----- HTML ----->
<div class="title linklike">
<span class="plus">▸</span>
<span class="minus">▾</span>
<a class="linklike" onclick="toggle_att_menu(this)" href="#">condition</a>
</div>
<div class="search-attribute hide-list" data-attr="condition">
<ul class="att-list">
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="1" type="checkbox"/>
new
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="2" type="checkbox"/>
like new
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="3" type="checkbox"/>
excellent
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="4" type="checkbox"/>
good
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="5" type="checkbox"/>
fair
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="6" type="checkbox"/>
damaged
</label>
</li>
</ul>
</div>
<div class="title linklike">
<span class="plus">▸</span>
<span class="minus">▾</span>
<a class="linklike" onclick="toggle_att_menu(this)" href="#">condition</a>
</div>
<div class="search-attribute hide-list" data-attr="condition">
<ul class="att-list">
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="1" type="checkbox"/>
new
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="2" type="checkbox"/>
like new
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="3" type="checkbox"/>
excellent
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="4" type="checkbox"/>
good
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="5" type="checkbox"/>
fair
</label>
</li>
<li class="checkbox">
<label>
<input name="condition" class="multi_checkbox" value="6" type="checkbox"/>
damaged
</label>
</li>
</ul>
</div>，ListOfAnimal，ListOfDog等，它们是不同的类，当我们指定泛型参数时，最终由编译器“创建”。这是一个扁平的层次结构（实际上关于ListOfCat根本不是一个层次结构。）
为什么协方差在泛型类的情况下没有意义的另一个论点是，在所有类都相同的基础上是List个实例。通过填充泛型参数来专门化List不会扩展类，它只是使它适用于该特定的泛型参数。
答案 14 :(得分：0)
这个问题已得到很好的证实。但是有一个解决方案; make doSomething generic：
<T extends Animal> void doSomething<List<T> animals) {
}
现在您可以使用List＆lt; Dog＆gt;调用doSomething或列表＆lt; Cat＆gt;或列出＆lt; Animal＆gt;。
答案 15 :(得分：0)
另一种解决方案是建立新列表
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(dogs);
animals.add(new Cat());
答案 16 :(得分：0)
Jon Skeet进一步回答，该示例代码如下：
// Illegal code - because otherwise life would be Bad
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); // ArrayList implements List
List<Animal> animals = dogs; // Awooga awooga
animals.add(new Cat());
Dog dog = dogs.get(0); // This should be safe, right?
从最深层次看，这里的问题是dogs和animals共享一个引用。这意味着完成这项工作的一种方法是复制整个列表，这将破坏引用的相等性：
// This code is fine
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
dogs.add(new Dog());
List<Animal> animals = new ArrayList<>(dogs); // Copy list
animals.add(new Cat());
Dog dog = dogs.get(0); // This is fine now, because it does not return the Cat
在调用List<Animal> animals = new ArrayList<>(dogs);之后，您不能随后将animals直接分配给dogs或cats：
// These are both illegal
dogs = animals;
cats = animals;
因此，您不能将错误的Animal子类型放入列表中，因为没有错误的子类型-子类型? extends Animal的任何对象都可以添加到animals中。 / p>
很显然，这改变了语义，因为列表animals和dogs不再共享，因此添加到一个列表不会添加到另一个列表（这正是您想要的，以避免Cat可以添加到仅应包含Dog对象的列表中的问题）。同样，复制整个列表可能效率很低。但是，这确实可以通过打破引用相等来解决类型对等问题。
答案 17 :(得分：0)
该问题已被正确识别为与差异有关，但细节不正确。纯函数列表是协变量数据函子，这意味着，如果Sub类型是Super的子类型，那么Sub的列表肯定是Super列表的子类型。
但是，列表的可变性不是这里的基本问题。问题通常是可变性。这个问题是众所周知的，被称为协方差问题，我认为是Castagna首次发现的，它完全彻底地破坏了面向对象的范式。它基于Cardelli和Reynolds先前建立的方差规则。
有些简化，让我们考虑将类型T的对象B分配给类型T的对象A作为突变。这不会失去一般性：可以将A的突变写为A = f（A），其中f：T->T。当然，问题在于，尽管函数在其共域中是协变的，但它们在函数中却是协变的域，但是分配时域和共域是相同的，因此分配是不变的！
由此得出结论，子类型不能被突变。但是，由于面向对象的突变是根本的，因此面向对象在本质上是有缺陷的。
这是一个简单的示例：在纯函数设置中，对称矩阵显然是一个矩阵，它是子类型，没问题。现在，让矩阵添加将单个元素设置为坐标（x，y）的功能，并且规则没有其他元素更改。现在，对称矩阵不再是子类型，如果更改（x，y），则也更改了（y，x）。功能运算是delta：Sym-> Mat，如果更改对称矩阵的一个元素，则会得到一般的非对称矩阵。因此，如果您在Mat中包括了“更改一个元素”方法，则Sym不是子类型。实际上..几乎肯定没有适当的亚型。
简而言之：如果您的通用数据类型具有多种利用其通用性的变异子，则可以确定任何适当的子类型都不可能支持所有这些变异：如果可以，那将仅仅是与父类型一样通用，与“适当”子类型的规范相反。
Java防止对可变列表进行子类型化这一事实未能解决一个真正的问题：为什么几十年前被Java抹黑时，为什么要使用像Java这样的面向对象的垃圾？
无论如何，这里都有一个合理的讨论：
https://en.wikipedia.org/wiki/Covariance_and_contravariance_(computer_science)
答案 18 :(得分：0)
我看到这个问题已经被回答了很多次，只是想在同一问题上输入我的意见。
让我们继续创建简化的Animal类层次结构。
abstract class Animal {
void eat() {
System.out.println("animal eating");
}
}
class Dog extends Animal {
void bark() { }
}
class Cat extends Animal {
void meow() { }
}
现在让我们看看我们的老朋友Arrays，我们知道它隐式支持多态-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
Animal[] animals = {new Dog(), new Cat(), new Dog()};
Dog[] dogs = {new Dog(), new Dog(), new Dog()};
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(Animal[] animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
该类编译良好，当我们运行上述类时，我们得到了输出
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
这里要注意的一点是，将takeAnimals（）方法定义为采用动物类型的任何东西，可以采用动物类型的数组，也可以采用Dog的数组，因为Dog-is-a -动物。这就是行动中的多态。
现在让我们对泛型使用相同的方法，
现在说我们稍微调整一下代码，并使用ArrayLists代替Arrays-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
takeAnimals(animals);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
上面的类将编译并产生输出-
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
所以我们知道这是可行的，现在让我们稍微调整一下该类以多态使用Animal类型-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
ArrayList<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
看起来像编译上面的类应该没有问题，因为takeAnimals（）方法被设计为采用任何Animal和Dog-is-a-Animal类型的ArrayList，所以这里不应该成为问题的解决方法。
但是，不幸的是，编译器会引发错误，并且不允许我们将Dog ArrayList传递给期望Animal ArrayList的变量。
您问为什么？
因为可以想象，如果JAVA允许将Dog ArrayList（狗）放入Animal ArrayList（动物）中，然后在takeAnimals（）方法内部，则有人会执行类似的操作
animals.add(new Cat());
认为这应该可行，因为理想情况下它是Animal ArrayList，并且您应该可以将任何猫添加为Cat-is-also-a-Animal，但实际上您将Dog类型的ArrayList传递给了它。
因此，现在您必须考虑数组也应该发生相同的情况。您的想法是对的。
如果有人尝试对Arrays做同样的事情，那么Arrays也将引发错误，但是Arrays在运行时会处理此错误，而ArrayLists在编译时会处理此错误。