了解Java中的协方差和逆向

java协变和逆变详解:提高泛编程能力

协变允许给基类赋值衍生类型。简单来说，泛型类型在处理子类型时保持赋值兼容性。这在Java数组和泛型中很常见。

示例：

class Animal {
    void sound() { System.out.println("Animal sound"); }
}
class Dog extends Animal {
    void sound() { System.out.println("Dog barks"); }
}

public class CovarianceExample {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = new Dog[10]; // 数组中的协变
        animals[0] = new Dog(); // 可行，因为Dog是Animal的子类型

        for (Animal animal : animals) {
            if (animal != null) {
                animal.sound();
            }
        }
    }
}

此例中，Dog[] 可赋值给 Animal[]，演示了数组中的协变。

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使用泛型协变 ? extends T 通配符。这意味着数据可以从泛型结构读取，但不能修改(除了赋值为null)。这限制了类型的安全性。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CovarianceGenerics {
    public static void main(String[] args) {
        List<? extends Animal> animals = new ArrayList<Dog>();
        // Dog或Animal不能添加，因为它只能阅读
        // animals.add(new Dog()); // 编译错误
        // animals.add(new Animal()); // 编译错误

        for (Animal animal : animals) {
            animal.sound(); // 这是可行的，因为我们正在读取列表
        }
    }
}

? extends Animal 保证安全访问元素，因为它们至少是Animal类型，但由于确切的子类型尚不清楚，因此可以防止修改列表。

协变非常有用，当需要处理对象集合但不需要修改时。如果只读取元素，协变保证所有元素都是给定类的子类型，同时保持类型安全。

即使数组声明是数组协变示例中的狗叫声，程序也能成功输出 Animal[]。这证明了协变在处理继承层结构时的灵活性。

2. Java逆变

逆变器是协变器的反面。逆变器允许为更具体的类型赋值更通用的类型。用于Java ? super T 通配符实现逆变。这允许将元素添加到集合中，但读取仅限于 Object 类型(或安全向下转换)。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ContravarianceExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<? super Dog> animals = new ArrayList<Animal>(); // 逆变类型
        animals.add(new Dog()); // 允许，因为Dog是Animal的子类型
        // animals.add(new Animal()); // 编译错误：只能添加Dog及其子类：

        Object obj = animals.get(0); // Objecttt只能检索
    }
}

对象可以添加到列表中，但不能直接添加到列表中 Animal 对象。逆变器确保集合只包括在内。 Dog 允许修改类型或其子类型的元素，同时保持类型安全。

逆变非常有用，当需要修改对象集合时，特别是在向数据结构添加元素时。它确保添加的元素与特定类型兼容，并在需要添加不同子类型时提供灵活性。

3. 协变与逆变:关键区别:

当需要从集合读取时，使用协变。集合被视为数据源，只需确保元素是特定类型的子类型。但它限制了修改集合。

当需要写入集合时，使用逆变器。它允许添加元素，以确保它们与特定类型或任何子类型兼容。但它限制了读取集合，以确保类型的安全。

协变还是逆变的选择取决于：需要读取、写入还是两者兼而有之？

如果只需要阅读和使用， ? extends；假如需要写入，使用 ? super。如有必要，考虑使用更具体的泛型类型或重新设计结构。

4. 示例结果及总结

? extends 在保持类型完整性的同时，提供读取集合数据的灵活性。 super 通配符在向集合添加元素时允许灵活性，以确保只添加预期的子类型。在处理Java继承和泛型时，协变和逆变非常重要。了解何时以及如何应用它们将提高编写强大类型安全代码的能力。

5. 结论

对于有效处理泛型和通配符，了解Java中的协变和逆变非常重要。这些概念提供了读取和写入数据的灵活性，并确保了类型在继承层结构中的安全性。本文概述的技术可以用来编写更适应性和可维护性的代码。

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