Kotlin学习历程——泛型

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简单回顾Java泛型 泛型是什么

Java在JDK5中引入了泛型机制。 它的意思可以理解为把具体的类型 参数化，编码时用符号代替类型，实际使用的时候再传入确定的类型，可以用在类、接口或者方法上面。

那么泛型的作用是什么呢？先看一段代码。

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 案例场景
         *
         * 同事1：
         * 定义了一个集合，想着是用来存放字符串数据的
         */
        List dataList = new ArrayList();
        dataList.add("a");
        dataList.add("b");

        /**
         * 迭代无数次,此处省略无数代码
         */

        /**
         * 同事1离职，同事2接锅
         * 由于对业务逻辑的生疏，没有理清代码逻辑，贸然存入了其他类型的数据
         */
        dataList.add(888);


        /**
         * 同时又理所当然的取用数据，
         * 好了，完了，错误就出现了:
         *	 Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer
         * 		at Main.main(Main.java:**)
         */
        int data0 = (int) dataList.get(0);
        int data1 = (int) dataList.get(1);
        int data2 = (int) dataList.get(2);
    }
}

从上面的例子可以知道，List集合并没有指定存储的数据类型，这种情况下默认可以添加任意类型的数据，编译器不会做类型检查， 这种做法在取数据的时候就很容易出现ClassCastException异常错误。而泛型的出现，就解决了这种类型安全的问题。

我们用泛型优化下上面的代码：

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 案例场景
         *
         * 同事1：
         * 定义了一个集合，想着是用来存放字符串数据的
         */
        //定义一个集合，泛型类型是String
        List<String> dataList = new ArrayList();
        dataList.add("a");
        dataList.add("b");

        /**
         * 迭代无数次,此处省略无数代码
         */

        /**
         * 同事1离职，同事2接锅
         * 由于对业务逻辑的生疏，没有理清代码逻辑，贸然存入了其他类型的数据
         *
         * 类型检查错误：error，无法编译通过
         */
        dataList.add(888);

        /**
         * 不需要强转
         */
        String data = dataList.get(0);
    }
}

强行存入其他数据，编译器类型检查报错：

类型通配符

父类：Animal, 直接子类：FlyAnimal, 间接子类：Bird。

• 上界通配符：, 泛型类型就只能是FlyAnimal的子类，比如Bird。
• 下界通配符：，泛型类型就只能是Bird或Bird的父类，比如FlyAnimal / Animal / Object。
• 无界通配符：， 的简写 任意类型。

类型通配符有什么作用？先来看个代码场景：

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //Java多态
        FlyAnimal flyAnimal = new Bird();

        //创建Bird的一个集合
        List<Bird> birds = new ArrayList<>();
        //赋值给FlyAnimal集合： Error：Java本身不可型变
        List<FlyAnimal> flyAnimals = birds;
        //错误: 不兼容的类型: List无法转换为List， List flyAnimals = birds;
    }
}

如上代码所示，Bird继承自FlyAnimal，由于Java的多态，赋值是成立的。 但由于Java中的泛型是不型变的，也就意味着List并不是List的子类型， 所以List flyAnimals = birds赋值不成立。

但需求总是有的，怎么使List flyAnimals = birds赋值成立呢？ Java提供了类型通配符来解决这个问题。

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //Java多态
        FlyAnimal flyAnimal = new Bird();

        List<Bird> birds = new ArrayList<>();
        //正常赋值，不会发生错误。 使Java泛型具有了协变性
        List<? extends FlyAnimal> flyAnimals = birds;
    }
}

所以类型通配符的一大作用就是突破Java泛型是不型变的限制。

疑问

结合上面的知识点，我们或许会产生如下疑问🤔️？

• Java泛型为什么不型变？
• 型变、协变、逆变、不变是什么？
• 类型通配符为什么可以保证类型安全？

Java泛型为什么 不型变？

我们先看个例子：

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Bird> birds = new ArrayList<>();
        //如果Java泛型不是 不型变，那么由于Java多态的特征，此赋值就会成立
        List<FlyAnimal> flyAnimals = birds;
    }
}

如上，我们创建一个泛型类型是Bird的集合，如果泛型不是 不型变，List就可以赋值给List，那么我们就可以往集合中添加其他泛型类型的元素，比如Butterfly，那么就违反了泛型类型安全的原则：我明明限制了只能存入Bird，你却存入了Butterfly！ 所以Java禁止这样的事情发生！因此Java泛型是不型变的。

型变、协变、逆变、不变是什么？

型变分为协变和逆变，与不变对应，用来描述泛型类型转换后的继承关系。

• 协变(covariant)： Bird是FlyAnimal子类，同时满足条件List是List的子类时，称为协变。Java使用上界通配符 如List表示协变。 由于协变，我们可以成功的把List赋值给List。

• 逆变(contravariant)：Bird是FlyAnimal子类，同时满足条件List是List的子类时，称为逆变。

• 不变(invariant)：Bird是FlyAnimal子类， 协变、逆变都不成立，即List与List相互之间没有继承关系，称为不变。 Java中的泛型是不变的。

类型通配符为什么可以保证类型安全？

我们用协变举个例子：

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Bird> birds = new ArrayList<>();
        /**
         * 协变
         */
        List<? extends FlyAnimal> flyAnimals = birds;

        //!!!报错Error？？？？？？？？？？？？？
        flyAnimals.add(new Bird());

        //get出来的对象肯定是FlyAnimal的子类，根据多态，是可以赋值给FlyAnimal的。
        if (flyAnimals.size() > 0) {
            FlyAnimal flyAnimal = flyAnimals.get(0);
        }
    }
}

如上，add() *** 作是不被编译器允许的，以此保证了运行时类型安全，报错原因我们可以这么理解：

• List由于类型未知，可能是Bird，也可能是Butterfly等等。
• 如果是类型是Bird，显然我们如果执行add(new Butterfly());是不可以的，因为违反了类型安全的原则。
• 这样一来，编译器根本没法确定到底是什么类型，就报错了。

所以编译器为了保证类型安全，是不能向List中添加任何类型元素。

那么逆变呢？道理也差不多，我们同样举个例子：

public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<FlyAnimal> flyAnimals = new ArrayList<>();
        /**
         * 逆变
         */
        List<? super Bird> birds = flyAnimals;

        //这里不能add(new FlyAnimal());如果？是Bird, 就违背类型安全原则了
        birds.add(new Bird());

        //Error：编译器不知道取出的元素到底是什么类型
        if (birds.size() > 0) {
            FlyAnimal flyAnimal = birds.get(0);
        }
    }
}

Bird对象一定是这个未知类型的子类，根据多态的特性，是可以添加Bird对象的。 但是取出的元素就无法确定类型了，有可能是Bird、FlyAnimal、Animal、Object，所以编译器不允许这样的事情发生，就报错了。

小结

根据上面的知识点回顾，小结如下：

• Java的泛型是不变的（不支持协变和逆变）。
• 可使用上界通配符使泛型支持协变。由于上界通配符的限制，我们仅能对集合进行取元素，而不能添加元素——只能读取不能修改。
• 可使用下界通配符使泛型支持逆变。由于下界通配符的限制，我们仅能对集合添加元素，而不能读取元素（备注说明下：不能读取元素，是说不能读取泛型类型的元素，你用Object接收当然没问题）——只能修改不能读取。

上面代码中我们都是用List来举例，我们自己定义个泛型类来加深对 只能读取不能修改 / 只能修改不能读取的理解：

/**
 * 泛型类GenericA
 * @param 
 */ 
public class GenericA<T> {
    private T mType;

    public T getType() {
        return mType;
    }
    
    public void setType(T type) {
        this.mType = type;
    }
}


public final class Main {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 协变(只能读取不能修改)
         */
        GenericA<Bird> genericBird = new GenericA<>();
        genericBird.setType(new Bird());

        GenericA<? extends FlyAnimal> genericA = genericBird;
        //！！！Error: 违背类型安全原则，不能赋值
        genericA.setType(new Bird());
        //getType返回的类型肯定是FlyAnimal的子类，根据多态，是可以赋值给FlyAnimal的
        FlyAnimal flyAnimal = genericA.getType(); 
        
    
        /**
         * 逆变(只能修改不能读取)
         */
        GenericA<? super Bird> genericB = new GenericA<FlyAnimal>();
        //只能添加Bird
        genericB.setType(new Bird());
        //Error: 编译器无法确定取出的类型。 当然你如果用Object接收,那也是可以的,但没有意义。
        //FlyAnimal bird = genericB.getType();
        Object o = genericB.getType();
    }
}

Kotlin泛型

在Kotlin中泛型类，接口，方法的写法和Java没啥区别，如下所示：

/**
 * 泛型类
 */
class Shape<T>(var data : T)

/**
 * 泛型接口
 */
interface DownloadLister<T> {}


/**
 * 泛型方法
 */
fun <T> getFirstElement(list : List<T>) : T? {
    if(list.isNotEmpty()) {
        return list[0]
    }
    return null
}

声明处型变out、in

与Java泛型一样，Kotlin泛型也是不型变的。out/in修饰符称为型变注解，一般在声明类型参数的地方使用，所以也称为声明处型变。（Java是使用处型变，也就是在使用的地方用类型通配符进行型变）它们的作用如下：

• 使用修饰符out来支持协变，类似于java中的上界通配符。
• 使用修饰符in来支持逆变，类似Java中的下界通配符。

具体使用如下：

/**
 * 泛型类GenericA（泛型类型T, 具有协变性）
 * 变量data只能用val修饰，因为out修饰，只能读取不能修改
 */
class GenericA<out T>(val data: T)

fun main(args: Array<String>) {
    val genericA : GenericA<Bird> = GenericA(Bird())
    //协变
    val genericB : GenericA<FlyAnimal> = genericA
}

感觉就是换了个写法，作用是一样的，out表示类型变量只用来读取，不能修改；in表示只用来修改，不能读取。

class GenericA<in T> {
    fun setData(data : T) {
    }
}

那就有同学说了，我硬是要读取呢？ 好吧，编译器是不会“放过”你的，直接报错，如下图：

星投影（*）

Kotlin中 <*>相当于java中的无界通配符。是的简写，在Kotlin中<*>是的简写。

fun main(args: Array<String>) {
    val genericA : GenericA<Bird> = GenericA(Bird())
    //协变: Any是所有类的超类，所以协变成立
    val genericB : GenericA<*> = genericA
}

where关键字

在Java中我们给泛型类型加边界的写法如下：

/**
 * entends关键字后面的第一个类型参数可以是类或接口，其他类型参数只能是接口
 * @param 
 */
public class GenericB<T extends Animal & AnimalAction>{
}

在Kotlin中就得换种写法了：

class GenericA<T> where T : Animal, T : AnimalAction

备注说明下，是泛型类型边界，是类型通配符，是两个不同的概念，注意区分。

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