java - 为什么多态不能以相同的方式对待泛型集合和纯数组？

Question

假设Dog类扩展了Animal类:
为什么不允许此多态语句:

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

但是，纯数组允许使用:

Animal[] x=new Dog[3];

Answer 1

原因是基于Java如何实现泛型。

数组示例

使用数组可以做到这一点(数组是协变的，正如其他人解释的那样)

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

但是，如果您尝试这样做会发生什么？

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

最后一行可以正常编译，但是如果运行此代码，则可以得到ArrayStoreException。因为您正在尝试将 double 型放入整数数组中(无论通过数字引用进行访问)。

这意味着您可以欺骗编译器，但不能欺骗运行时类型系统。之所以这样，是因为数组是我们所谓的可更改类型。这意味着在运行时Java知道此数组实际上是作为整数数组实例化的，而该数组恰好是通过Number[]类型的引用来访问的。

因此，正如您所看到的，一件事是对象的实际类型，另一件事是用于访问它的引用的类型，对吗？

Java泛型的问题

现在，Java通用类型的问题在于类型信息被编译器丢弃，并且在运行时不可用。此过程称为type erasure。有充分的理由在Java中实现这样的泛型，但这是一个很长的故事，它与预先存在的代码的二进制兼容性有关。

但是这里的重点是，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编译器没有阻止您执行此操作，那么运行时类型系统也无法阻止您执行此操作，因为在运行时无法确定此列表应仅是整数列表。 Java运行时允许您将只包含整数的所有内容放入此列表，因为在创建时将其声明为整数列表。

因此，Java的设计人员确保您不能欺骗编译器。如果您不能欺骗编译器(就像我们对数组所做的那样)，那么您也不能欺骗运行时类型系统。

因此，我们说泛型是不可更改的。

显然，这会妨碍多态性。考虑以下示例:

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

现在您可以像这样使用它:

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，如果您尝试使用通用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;
}

如果您尝试...，将会得到编译器错误。

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，即协方差和逆方差。

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>()

您可以从myNums中读取:

Number n = myNums.get(0); 

因为您可以确定实际列表中包含的内容，都可以将其向上转换为数字(所有扩展Number的内容都是数字，对吗？)

但是，您不允许将任何东西放入协变结构中。

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

这是不允许的，因为Java无法保证泛型结构中对象的实际类型是什么。它可以是扩展Number的任何内容，但是编译器不能确定。这样您可以阅读，但不能书写。

矛盾

有了相反性，您可以做相反的事情。您可以将事物放入通用结构中，但不能从中读出。

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，并且可以通过逆变将数字放入其中，这基本上是因为所有数字都以对象作为其共同祖先。这样，所有数字都是对象，因此这是有效的。

但是，假设您将获得一个数字，那么您将无法安全地从此反结构中读取任何内容。

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

如您所见，如果编译器允许您编写此行，则在运行时将收到ClassCastException。

获取/放置原则

因此，在仅打算将通用值从结构中取出时，请使用协方差；在仅打算将通用值放入结构中时，请使用逆方差；当您打算同时使用两者时，请使用确切的通用类型。

我最好的例子是将以下任何一种数字从一个列表复制到另一个列表。它仅从来源获取项目，并且仅将项目置于目的地。

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

得益于协方差和逆方差的强大功能，它可以在以下情况下工作:

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);