为什么多态不以同样的方式处理泛型集合和普通数组？

Question

假设类Dog扩展类Animal:为什么不允许这种多态语句:

List<Animal> myList = new ArrayList<Dog>();

但是,它允许使用普通数组:

Animal[] x=new Dog[3];

Answer 1

其原因是基于Java如何实现泛型.

一个数组示例

使用数组你可以做到这一点(数组是协变的,正如其他人所解释的那样)

Integer[] myInts = {1,2,3,4};
Number[] myNumber = myInts;

但是,如果你试图这样做会发生什么？

Number[0] = 3.14; //attempt of heap pollution

最后一行编译得很好,但如果你运行这段代码,你就可以得到一个ArrayStoreException.因为您试图将double放入整数数组(无论是通过数字引用访问).

这意味着你可以欺骗编译器,但你不能欺骗运行时类型系统.这是因为数组就是我们所说的可再生类型.这意味着在运行时Java知道这个数组实际上被实例化为一个整数数组,它恰好通过类型的引用来访问Number[].

因此,正如您所看到的,有一件事是对象的实际类型,另一件事是您用来访问它的引用类型,对吧？

Java泛型问题

现在,Java泛型类型的问题是类型信息被编译器丢弃,并且在运行时不可用.此过程称为类型擦除.有很好的理由在Java中实现这样的泛型,但这是一个很长的故事,它与二进制兼容现有的代码有关.

但重要的是,由于在运行时没有类型信息,因此无法确保我们不会造成堆污染.

例如,

List<Integer> myInts = new ArrayList<Integer>();
myInts.add(1);
myInts.add(2);

List<Number> myNums = myInts; //compiler error
myNums.add(3.14); //heap polution

如果Java编译器没有阻止你这样做,那么运行时类型系统也不能阻止你,因为在运行时没有办法确定这个列表应该只是一个整数列表.Java运行时允许你将任何你想要的东西放入这个列表,当它只包含整数时,因为它在创建时被声明为整数列表.

因此,Java的设计者确保您不能欺骗编译器.如果你不能欺骗编译器(就像我们可以用数组做的那样),你也不能欺骗运行时类型系统.

因此,我们说泛型类型是不可恢复的.

显然,这会妨碍多态性.请考虑以下示例:

static long sum(Number[] numbers) {
   long summation = 0;
   for(Number number : numbers) {
      summation += number.longValue();
   }
   return summation;
}

现在你可以像这样使用它:

Integer[] myInts = {1,2,3,4,5};
Long[] myLongs = {1L, 2L, 3L, 4L, 5L};
Double[] myDoubles = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};

System.out.println(sum(myInts));
System.out.println(sum(myLongs));
System.out.println(sum(myDoubles));

但是,如果您尝试使用泛型集合实现相同的代码,则不会成功:

static long sum(List<Number> numbers) {
   long summation = 0;
   for(Number number : numbers) {
      summation += number.longValue();
   }
   return summation;
}

如果你试图...你会得到编译器错误

List<Integer> myInts = asList(1,2,3,4,5);
List<Long> myLongs = asList(1L, 2L, 3L, 4L, 5L);
List<Double> myDoubles = asList(1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0);

System.out.println(sum(myInts)); //compiler error
System.out.println(sum(myLongs)); //compiler error
System.out.println(sum(myDoubles)); //compiler error

解决方案是学习使用Java泛型的两个强大功能,称为协方差和逆变.

协方差

使用协方差,您可以从结构中读取项目,但不能在其中写入任何内容.所有这些都是有效的声明.

List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Integer>();
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Float>()
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Double>()

你可以阅读myNums:

Number n = myNums.get(0); 

因为您可以确定无论实际列表包含什么,它都可以被上传到一个数字(毕竟任何扩展Number的数字都是数字,对吧？)

但是,不允许将任何内容放入协变结构中.

myNumst.add(45L); //compiler error

这是不允许的,因为Java无法保证通用结构中对象的实际类型.它可以是扩展Number的任何东西,但编译器无法确定.所以你可以阅读,但不能写.

逆变

有了逆转,你可以做相反的事情.你可以把东西放到一个通用的结构中,但你不能从中读出来.

List<Object> myObjs = new List<Object();
myObjs.add("Luke");
myObjs.add("Obi-wan");

List<? super Number> myNums = myObjs;
myNums.add(10);
myNums.add(3.14);

在这种情况下,对象的实际性质是对象列表,并且通过逆变,您可以将Numbers放入其中,主要是因为所有数字都将Object作为它们的共同祖先.因此,所有Numbers都是对象,因此这是有效的.

但是,如果你得到一个数字,你就无法安全地从这个逆变结构中读取任何东西.

Number myNum = myNums.get(0); //compiler-error

如您所见,如果编译器允许您编写此行,则会在运行时获得ClassCastException.

获取/放置原则

因此,当您只打算从结构中获取通用值时使用协方差,当您只打算将通用值放入结构时使用逆变,并在您打算同时使用完全通用类型时使用.

我所拥有的最好的例子是,将任何类型的数字从一个列表复制到另一个列表中.它只从源头获取物品,它只将物品放入命运.

public static void copy(List<? extends Number> source, List<? super Number> destiny) {
    for(Number number : source) {
        destiny.add(number);
    }
}

由于协方差和逆变的力量,这适用于这样的情况:

List<Integer> myInts = asList(1,2,3,4);
List<Double> myDoubles = asList(3.14, 6.28);
List<Object> myObjs = new ArrayList<Object>();

copy(myInts, myObjs);
copy(myDoubles, myObjs);

Answer 2

数组在两个重要方面与通用类型不同.首先,数组是协变的.这个可怕的单词意味着如果Sub是Super的子类型,那么数组类型Sub []是Super []的子类型.相反,泛型是不变的:对于任何两个不同类型Type1和Type2,List <Type1>既不是子类型也不是List <Type2>的超类型.

[..]数组和泛型之间的第二个主要区别是数组被统一[JLS,4.7].这意味着数组在运行时知道并强制执行其元素类型.

[..]相反,泛型是通过擦除实现的[JLS,4.6].这意味着它们仅在编译时强制执行其类型约束,并在运行时丢弃(或擦除)其元素类型信息.擦除允许泛型类型与不使用泛型的遗留代码自由互操作(第23项).由于这些基本差异,阵列和泛型不能很好地混合.例如,创建泛型类型,参数化类型或类型参数的数组是非法的.这些数组创建表达式都不合法:new List <E> [],new List <String> [],new E [].所有这些都会在编译时导致通用数组创建错误.[..]

Prentice Hall - 有效的Java第2版