配列 vs. ジェネリック: 共分散または不変 - なぜ違いがあるのでしょうか?

配列の共分散とジェネリックの不変性

配列とジェネリックは、重要な設計上の決定により、Java では対照的な動作を示します。配列は共変です。つまり、サブタイプの配列をスーパータイプの配列に割り当てることができます。たとえば、文字列はオブジェクトのサブクラスであるため、String[] 配列を Object[] 配列の代わりに使用できます。

配列の共分散: 歴史的観点

配列を共変にするという決定は、Java の初期バージョンにジェネリックが存在しないことに起因しています。代わりに、配列が多態性のために利用されました。このアプローチの価値が制限されることを避けるために、配列は共変的に扱われ、ソートや等価比較などの関数がさまざまな型の配列で動作できるようになりました。

ジェネリックスにおける不変性: 型の安全性の保護

ジェネリックが導入されたとき、ジェネリックは不変であるように意図的に設計されました。この設計の選択は、タイプ セーフティに対する懸念から生じたものです。ジェネリックスの共分散を許可すると、List がList として扱うことができます。ただし、オブジェクトの配列と互換性のある文字列の配列とは異なり、この置換により不整合が生じます。犬は動物のリストに追加できますが、猫は犬のリストに追加できません。

ワイルドカード: 共分散のギャップを埋める

ジェネリックスは型の柔軟性の表現を制限しません。ワイルドカードは、共分散と反分散の両方の型をパラメータ化するためのメカニズムを提供します。たとえば、equalLists(List l1, List l2) のような関数は任意のタイプのリストを比較でき、shuffleList(List l) のような関数は任意のタイプのリストをシャッフルできます。

結論

配列の共分散と不変性ジェネリックスでは、ポリモーフィズムの必要性と型安全性の維持のバランスをとる設計上の決定が必要です。配列の共分散によりさまざまな配列型の操作が容易になる一方、ジェネリックの不変性により型の正確性が保証され、予期しない動作が防止されます。ワイルドカードは、ジェネリックの不変性の制約内で型の柔軟性を実現する柔軟なソリューションを提供します。

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