Java數組協變與範型不變性的知識介紹（附程式碼）

這篇文章帶給大家的內容是關於Java數組協變與範型不變性的知識介紹（附代碼），有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有所幫助。

變性是OOP語言不變的大坑，Java的陣列協變就是其中的一個老坑。因為最近踩到了，便做一個記錄。順便也提一下範式的變性。

解釋數組協變之前，先明確三個相​​關的概念，協變、不變和逆變。

一、協變、不變、逆變

#假設，我為一家餐廳寫了這樣一段程式碼

#

class Soup<T> {
    public void add(T t) {}
}
class Vegetable { }
class Carrot extends Vegetable { }

有一個範式類別Soup8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c，表示用食材T做的湯，它的方法add(T t)表示向湯中添加食材T。類Vegetable表示蔬菜，類Carrot表示胡蘿蔔。當然，Carrot是Vegetable的子類別。

那麼問題來了，Soupf154463d24280b51e227a9971c008850和Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045之間是什麼關係呢？

第一個反應，Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045應該是Soupf154463d24280b51e227a9971c008850的子類，因為胡蘿蔔湯顯然是一種蔬菜湯。如果真是這樣，那就看看下面的程式碼。其中Tomato表示西紅柿，是Vegetable的另一個子類

Soup<Vegetable> soup = new Soup<Carrot>();
soup.add(new Tomato());

第一句沒問題，Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045是Soupf154463d24280b51e227a9971c008850的子類，Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045是Soupf154463d24280b51e227a9971c008850的子類，所以可以將Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045的實例賦給變數soup。第二句也沒問題，因為soup宣告為Soupf154463d24280b51e227a9971c008850型，它的add方法接收一個Vegetable類型的參數，而Tomato是Vegetable，型別正確。

但是，兩句放在一起卻有了問題。 soup的實際類型是Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045，而我們給它的add方法傳遞了一個Tomato的實例！換言之，我們在用番茄做胡蘿蔔湯，肯定做不出來。所以，把Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045視為Soupf154463d24280b51e227a9971c008850的子類別在邏輯上雖然是通順的，在使用過程中卻是有缺陷的。

那麼，Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045和Soupf154463d24280b51e227a9971c008850究竟應該是什麼關係呢？不同的語言有不同的理解和實現。總結起來，有三種情況。

（1）如果Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045是Soupf154463d24280b51e227a9971c008850的子類，則稱泛型Soup8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c是協變的
（2）如果Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045和Soupf154463d24280b51e227a9971c008850 ;是無關的兩個類，則稱泛型Soup8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c是不變的
（3）如果Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045是Soupf154463d24280b51e227a9971c008850的父類，則稱泛型Soup8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c是逆變的。 （不過逆變不常見）

理解了協變、不變和逆變的概念，再看Java的實作。 Java的一般泛型是不變的，也就是說Soupf154463d24280b51e227a9971c008850和Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045是毫無關係的兩個類，不能將一個類別的實例賦值給另一個類別的變數。所以，上面那段用番茄做胡蘿蔔湯的程式碼，其實根本無法通過編譯。

二、陣列協變

Java中，陣列是基本型，不是泛型，不存在Array8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c這樣的東西。但它和泛型很像，都是用另一個型別建構的型別。所以，數組也是要考慮變性的。

與泛型的不變性不同，Java的陣列是協變的。也就是說，Carrot[]是Vegetable[]的子類別。而上一節的例子已經表明，協變有時會引發問題。例如下面這段程式碼

Vegetable[] vegetables = new Carrot[10];
vegetables[0] = new Tomato(); // 运行期错误

因為數組是協變的，編譯器允許把Carrot[10]賦值給Vegetable[]類型的變量，所以這段程式碼可以順利通過編譯。只有在運行期，JVM真的試圖往一堆胡蘿蔔中插入一個西紅柿的時候，才發現大事不好。所以，上面的程式碼在運行期會拋出一個java.lang.ArrayStoreException類型的例外。

陣列協變性，是Java的著名歷史包袱之一。使用數組時，千萬要小心！

如果把範例中的陣列替換為List，情況就不同了。就像這樣

ArrayList<Vegetable> vegetables = new ArrayList<Carrot>(); // 编译期错误
vegetables.add(new Tomato());

ArrayList是一個泛型類，它是不變的。所以，ArrayList48d44884ab571fbfd69a92f91c198045和ArrayListf154463d24280b51e227a9971c008850之間並無繼承關係，這段程式碼在編譯期就會報錯。

兩段程式碼雖然都會報錯，但通常情況下，編譯期錯誤總比運行期錯誤好處理一些。

三、當泛型也想要協變、逆變

#泛型是不變的，但某些場景裡我們還是希望它能協變。例如，有一個天天喝蔬菜湯減肥的小姐姐

class Girl {
    public void drink(Soup<Vegetable> soup) {}
}

#

我们希望drink方法可以接受各种不同的蔬菜汤，包括Soup48d44884ab571fbfd69a92f91c198045和Soup8ad9f592c4c8b60fa486d2a1b7041744。但受到不变性的限制，它们无法作为drink的参数。

要实现这一点，应该采用一种类似于协变性的写法

public void drink(Soup<? extends Vegetable> soup) {}

意思是，参数soup的类型是泛型类Soup8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c，而T是Vegetable的子类（也包括Vegetable自己）。这时，小姐姐终于可以愉快地喝上胡萝卜汤和西红柿汤了。

但是，这种方法有一个限制。编译器只知道泛型参数是Vegetable的子类，却不知道它具体是什么。所以，所有非null的泛型类型参数均被视为不安全的。说起来很拗口，其实很简单。直接上代码

public void drink(Soup<? extends Vegetable> soup) {
    soup.add(new Tomato()); // 错误
    soup.add(null); // 正确}

方法内的第一句会在编译期报错。因为编译器只知道add方法的参数是Vegetable的子类，却不知道它具体是Carrot、Tomato、或者其他的什么类型。这时，传递一个具体类型的实例一律被视为不安全的。即使soup真的是Soup8ad9f592c4c8b60fa486d2a1b7041744类型也不行，因为soup的具体类型信息是在运行期才能知道的，编译期并不知道。

但是方法内的第二句是正确的。因为参数是null，它可以是任何合法的类型。编译器认为它是安全的。

同样，也有一种类似于逆变的方法

public void drink(Soup<? super Vegetable> soup) {}

这时，Soup8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c中的T必须是Vegetable的父类。

这种情况就不存在上面的限制了，下面的代码毫无问题

public void drink(Soup<? super Vegetable> soup) {
    soup.add(new Tomato());
}

Tomato是Vegetable的子类，自然也是Vegetable父类的子类。所以，编译期就可以确定类型是安全的。

以上是Java數組協變與範型不變性的知識介紹（附程式碼）的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！