Javaジェネリックのまとめ(3) ～ワイルドカードの使い方を詳しく解説～

ジェネリックの使用には、ワイルドカードと呼ばれるもう 1 つの重要な機能があります。この記事では、ワイルドカードの使用について紹介します。非常に良い基準値を持っています。以下のエディターで見てみましょう

はじめに

最初の 2 つの記事では、ジェネリックス、型消去、ジェネリック配列の基本的な使用法を紹介しました。ジェネリックの使用には、ワイルドカードと呼ばれるもう 1 つの重要な機能があります。この記事では、ワイルドカードの使用について紹介します。

配列の共分散

ワイルドカードを理解する前に、まず配列を理解しましょう。 Java の配列は共変ですが、これは何を意味しますか?次の例を見てください。

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}
class Jonathan extends Apple {}
class Orange extends Fruit {}
public class CovariantArrays {
 public static void main(String[] args) { 
 Fruit[] fruit = new Apple[10];
 fruit[0] = new Apple(); // OK
 fruit[1] = new Jonathan(); // OK
 // Runtime type is Apple[], not Fruit[] or Orange[]:
 try {
  // Compiler allows you to add Fruit:
  fruit[0] = new Fruit(); // ArrayStoreException
 } catch(Exception e) { System.out.println(e); }
 try {
  // Compiler allows you to add Oranges:
  fruit[0] = new Orange(); // ArrayStoreException
 } catch(Exception e) { System.out.println(e); }
 }
} /* Output:
java.lang.ArrayStoreException: Fruit
java.lang.ArrayStoreException: Orange
*///:~

main メソッドの最初の行は、Apple 配列を作成し、それを Fruit 配列への参照に割り当てます。これは当然のことであり、Apple は Fruit のサブクラスであり、Apple オブジェクトも Fruit オブジェクトであるため、Apple 配列も Fruit の配列です。これは 配列の共分散 と呼ばれます。Java は配列が共変になるように設計されていますが、これが欠陥であると考える人もいます。

Apple[] は Fruit[] に「アップキャスト」できますが、配列要素の実際の型は依然として Apple であり、Apple または Apple のサブクラスのみを配列に入れることができます。上記のコードでは、Fruit オブジェクトと Orange オブジェクトが配列に配置されます。コンパイラではこれをコンパイルできますが、実行時に JVM は配列の実際の型が Apple[] であることを認識できるため、他のオブジェクトが配列に追加されると例外がスローされます。 ジェネリック設計の目的の 1 つは、そのようなランタイム エラーをコンパイル時に検出できるようにすることです。配列の代わりにジェネリック コンテナ クラスが使用された場合に何が起こるかを見てください:

// Compile Error: incompatible types:
ArrayList<Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();

上記のコードは単純にコンパイルできません。ジェネリックに関しては、Apple は Fruit のサブタイプですが、ArrayList463277d9ebc274bcf30ecc27cb72790a は ArrayListe4dae6b035208b28264d9169d0b1fee3 のサブタイプではなく、ジェネリックは共分散をサポートしません。

ワイルドカードを使用する

上記のことから、Integer は Number のサブタイプですが、Listc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c list = ArrayListc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a などのステートメントはコンパイルできないことがわかります。では、この「上向きの変革」関係が必要な場合はどうすればよいでしょうか?ここでワイルドカードが活躍します。

Listc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c list = ArrayListc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a 这样的语句是无法通过编译的，尽管 Integer 是 Number 的子类型。那么如果我们确实需要建立这种 “向上转型” 的关系怎么办呢？这就需要通配符来发挥作用了。

上边界限定通配符

利用 57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 形式的通配符，可以实现泛型的向上转型：

public class GenericsAndCovariance {
 public static void main(String[] args) {
 // Wildcards allow covariance:
 List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();
 // Compile Error: can&#39;t add any type of object:
 // flist.add(new Apple());
 // flist.add(new Fruit());
 // flist.add(new Object());
 flist.add(null); // Legal but uninteresting
 // We know that it returns at least Fruit:
 Fruit f = flist.get(0);
 }
}

上面的例子中， flist 的类型是 List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922  我们可以把它读作：一个类型的 List， 这个类型可以是继承了 Fruit 的某种类型。注意，这并不是说这个 List 可以持有 Fruit 的任意类型。通配符代表了一种特定的类型，它表示 “某种特定的类型，但是 flist 没有指定”。这样不太好理解，具体针对这个例子解释就是，flist 引用可以指向某个类型的 List，只要这个类型继承自 Fruit，可以是 Fruit 或者 Apple，比如例子中的 new ArrayList463277d9ebc274bcf30ecc27cb72790a 但是为了向上转型给 flist，flist 并不关心这个具体类型是什么。

如上所述，通配符 List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 表示某种特定类型 ( Fruit 或者其子类 ) 的 List，但是并不关心这个实际的类型到底是什么，反正是 Fruit 的子类型，Fruit 是它的上边界。那么对这样的一个 List 我们能做什么呢？其实如果我们不知道这个 List 到底持有什么类型，怎么可能安全的添加一个对象呢？在上面的代码中，向 flist 中添加任何对象，无论是 Apple 还是 Orange 甚至是 Fruit 对象，编译器都不允许，唯一可以添加的是 null。所以如果做了泛型的向上转型 (List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 flist = new ArrayList463277d9ebc274bcf30ecc27cb72790a())，那么我们也就失去了向这个 List 添加任何对象的能力，即使是 Object 也不行。

另一方面，如果调用某个返回 Fruit 的方法，这是安全的。因为我们知道，在这个 List 中，不管它实际的类型到底是什么，但肯定能转型为 Fruit，所以编译器允许返回 Fruit。

了解了通配符的作用和限制后，好像任何接受参数的方法我们都不能调用了。其实倒也不是，看下面的例子：

public class CompilerIntelligence {
 public static void main(String[] args) {
 List<? extends Fruit> flist =
 Arrays.asList(new Apple());
 Apple a = (Apple)flist.get(0); // No warning
 flist.contains(new Apple()); // Argument is ‘Object&#39;
 flist.indexOf(new Apple()); // Argument is ‘Object&#39;
 //flist.add(new Apple()); 无法编译
 }
}

在上面的例子中，flist 的类型是 List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922上限ワイルドカード

🎜🎜🎜一般的な上方変換を実現するには、 の形式でワイルドカードを使用します: 🎜

public boolean add(E e)
public boolean contains(Object o)
public int indexOf(Object o)

🎜 上記の例では、 flist 型List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 は、List のタイプとして読み取ることができます。このタイプは 特定の種類のフルーツを継承します。注: 🎜🎜これは、このリストがあらゆる種類のフルーツ 🎜🎜 を保持できるという意味ではありません。ワイルドカードは特定の型を表します。これは、「特定の型ですが、flist では指定されていない」ことを意味します。この例の具体的な説明は、flist 参照は、型が Fruit から継承している限り、Fruit または Apple である可能性があるということです (new ArrayList&lt など)。 ;Apple> in the example. code> しかし、flist にアップキャストするために、flist は特定の型を気にしません。 🎜🎜 前述したように、ワイルドカード <code>List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 は特定の型 (Fruit またはそのサブクラス) のリストを表しますが、実際の型が何であるかは関係ありません。とにかく、それは Fruit です。のサブタイプである Fruit がその上限です。では、このようなリストを使って何ができるのでしょうか?実際、この List がどのような型を保持しているかがわからない場合、どうやってオブジェクトを安全に追加できるでしょうか?上記のコードでは、Apple オブジェクトであっても、Orange オブジェクトであっても、Fruit オブジェクトであっても、flist にオブジェクトを追加することはコンパイラによって許可されません。追加できるのは null だけです。したがって、一般的な上方変換 (List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 flist = new ArrayList463277d9ebc274bcf30ecc27cb72790a()) を実行すると、たとえそれが可能であっても、このリストにオブジェクトを追加できなくなります。オブジェクトであっても機能しません。 🎜🎜一方、Fruit を返すメソッドを呼び出す場合は安全です。この List では、実際の型に関係なく、確実に Fruit に変換できることがわかっているため、コンパイラは Fruit を返すことを許可します。 🎜🎜ワイルドカードの機能と制限を理解すると、パラメータを受け取るメソッドを呼び出すことができないようです。実際にはそうではありませんが、次の例を見てください: 🎜

public class Holder<T> {
 private T value;
 public Holder() {}
 public Holder(T val) { value = val; }
 public void set(T val) { value = val; }
 public T get() { return value; }
 public boolean equals(Object obj) {
 return value.equals(obj);
 }
 public static void main(String[] args) {
 Holder<Apple> Apple = new Holder<Apple>(new Apple());
 Apple d = Apple.get();
 Apple.set(d);
 // Holder<Fruit> Fruit = Apple; // Cannot upcast
 Holder<? extends Fruit> fruit = Apple; // OK
 Fruit p = fruit.get();
 d = (Apple)fruit.get(); // Returns ‘Object&#39;
 try {
  Orange c = (Orange)fruit.get(); // No warning
 } catch(Exception e) { System.out.println(e); }
 // fruit.set(new Apple()); // Cannot call set()
 // fruit.set(new Fruit()); // Cannot call set()
 System.out.println(fruit.equals(d)); // OK
 }
} /* Output: (Sample)
java.lang.ClassCastException: Apple cannot be cast to Orange
true
*///:~

🎜 上の例では、 flist のタイプは List57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 であり、ジェネリック パラメーターは制限されたワイルドカードを使用しているため、失われます。任意のタイプのオブジェクトを例に追加すると、コードの最後の行はコンパイルされません。 🎜

但是 flist 却可以调用 contains 和 indexOf 方法，它们都接受了一个 Apple 对象做参数。如果查看 ArrayList 的源代码，可以发现 add() 接受一个泛型类型作为参数，但是 contains 和 indexOf 接受一个 Object 类型的参数，下面是它们的方法签名：

public boolean add(E e)
public boolean contains(Object o)
public int indexOf(Object o)

所以如果我们指定泛型参数为 57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922 时，add() 方法的参数变为 ? extends Fruit，编译器无法判断这个参数接受的到底是 Fruit 的哪种类型，所以它不会接受任何类型。

然而，contains 和 indexOf 的类型是 Object，并没有涉及到通配符，所以编译器允许调用这两个方法。这意味着一切取决于泛型类的编写者来决定那些调用是 “安全” 的，并且用 Object 作为这些安全方法的参数。如果某些方法不允许类型参数是通配符时的调用，这些方法的参数应该用类型参数，比如 add(E e)。

当我们自己编写泛型类时，上面介绍的就有用了。下面编写一个 Holder 类：

public class Holder<T> {
 private T value;
 public Holder() {}
 public Holder(T val) { value = val; }
 public void set(T val) { value = val; }
 public T get() { return value; }
 public boolean equals(Object obj) {
 return value.equals(obj);
 }
 public static void main(String[] args) {
 Holder<Apple> Apple = new Holder<Apple>(new Apple());
 Apple d = Apple.get();
 Apple.set(d);
 // Holder<Fruit> Fruit = Apple; // Cannot upcast
 Holder<? extends Fruit> fruit = Apple; // OK
 Fruit p = fruit.get();
 d = (Apple)fruit.get(); // Returns ‘Object&#39;
 try {
  Orange c = (Orange)fruit.get(); // No warning
 } catch(Exception e) { System.out.println(e); }
 // fruit.set(new Apple()); // Cannot call set()
 // fruit.set(new Fruit()); // Cannot call set()
 System.out.println(fruit.equals(d)); // OK
 }
} /* Output: (Sample)
java.lang.ClassCastException: Apple cannot be cast to Orange
true
*///:~

在 Holer 类中，set() 方法接受类型参数 T 的对象作为参数，get() 返回一个 T 类型，而 equals() 接受一个 Object 作为参数。fruit 的类型是 Holder57019040ccef885c8e3bd8f9deb31922，所以set()方法不会接受任何对象的添加，但是 equals() 可以正常工作。

下边界限定通配符

通配符的另一个方向是　“超类型的通配符“: ? super T，T是类型参数的下界。使用这种形式的通配符，我们就可以 ”传递对象” 了。还是用例子解释：

public class SuperTypeWildcards {
 static void writeTo(List<? super Apple> apples) {
 apples.add(new Apple());
 apples.add(new Jonathan());
 // apples.add(new Fruit()); // Error
 }
}

writeTo 方法的参数 apples 的类型是 List72b4226105aa1d07ec3b6e98f565c59e  它表示某种类型的 List，这个类型是 Apple 的基类型。也就是说，我们不知道实际类型是什么，但是这个类型肯定是 Apple 的父类型。因此，我们可以知道向这个 List 添加一个 Apple 或者其子类型的对象是安全的，这些对象都可以向上转型为 Apple。但是我们不知道加入 Fruit 对象是否安全，因为那样会使得这个 List 添加跟 Apple 无关的类型。

在了解了子类型边界和超类型边界之后，我们就可以知道如何向泛型类型中 “写入” ( 传递对象给方法参数) 以及如何从泛型类型中 “读取” ( 从方法中返回对象 )。下面是一个例子：

public class Collections { 
 public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) 
 {
 for (int i=0; i<src.size(); i++) 
 dest.set(i,src.get(i)); 
 } 
}

src 是原始数据的 List，因为要从这里面读取数据，所以用了上边界限定通配符：d203bb1ae585225d4838a2b7e3d0503e，取出的元素转型为 T。dest 是要写入的目标 List，所以用了下边界限定通配符：117c5a0bdb71ea9a9d0c2b99b03abe3e，可以写入的元素类型是 T 及其子类型。

无边界通配符

还有一种通配符是无边界通配符，它的使用形式是一个单独的问号：List6b3d0130bba23ae47fe2b8e8cddf0195，也就是没有任何限定。不做任何限制，跟不用类型参数的 List 有什么区别呢？

List6b3d0130bba23ae47fe2b8e8cddf0195 list表示 list 是持有某种特定类型的 List，但是不知道具体是哪种类型。那么我们可以向其中添加对象吗？当然不可以，因为并不知道实际是哪种类型，所以不能添加任何类型，这是不安全的。而单独的 List list ，也就是没有传入泛型参数，表示这个 list 持有的元素的类型是 Object，因此可以添加任何类型的对象，只不过编译器会有警告信息。

总结

通配符的使用可以对泛型参数做出某些限制，使代码更安全，对于上边界和下边界限定的通配符总结如下：

• 使用 Listb75ffcf7a0002c20418af7f7df067052 list 这种形式，表示 list 可以引用一个 ArrayList ( 或者其它 List 的 子类 ) 的对象，这个对象包含的元素类型是 C 的子类型 ( 包含 C 本身）的一种。

• 使用 List41a5f90752881873ec48ff3be0e4f0a1 list 这种形式，表示 list 可以引用一个 ArrayList ( 或者其它 List 的 子类 ) 的对象，这个对象包含的元素就类型是 C 的超类型 ( 包含 C 本身 ) 的一种。

大多数情况下泛型的使用比较简单，但是如果自己编写支持泛型的代码需要对泛型有深入的了解。这几篇文章介绍了泛型的基本用法、类型擦除、泛型数组以及通配符的使用，涵盖了最常用的要点，泛型的总结就写到这里。

以上がJavaジェネリックのまとめ(3) ～ワイルドカードの使い方を詳しく解説～の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。