Java Generics `extends` 全面解析

简介

Java 泛型是 Java 语言中一个强大的特性，它允许我们在类、接口和方法中使用类型参数，从而实现代码的复用和类型安全。extends 关键字在 Java 泛型中扮演着重要的角色，它可以用于限制泛型类型参数的范围，使得泛型更加灵活和安全。本文将详细介绍 Java 泛型中 extends 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者深入理解并高效使用这一特性。

1. 基础概念

在 Java 泛型中，extends 关键字有两种主要的用途： - 用于类和接口的泛型类型参数：可以限制泛型类型参数必须是某个类或接口的子类或实现类。 - 用于通配符：可以限制通配符所代表的类型范围。

类型参数的 `extends`

当我们在定义泛型类或泛型方法时，可以使用 extends 来限制类型参数的范围。例如：

class Box<T extends Number> {
    private T value;

    public Box(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T getValue() {
        return value;
    }
}

在这个例子中，Box 类的泛型类型参数 T 被限制为 Number 类或其子类，如 Integer、Double 等。这样，我们就可以确保 Box 类中存储的值都是 Number 类型的，从而可以调用 Number 类的方法。

通配符的 `extends`

通配符 ? 用于表示未知类型，而 extends 可以与通配符结合使用，限制通配符所代表的类型范围。例如：

void printBoxes(List<? extends Number> boxes) {
    for (Number box : boxes) {
        System.out.println(box);
    }
}

在这个例子中，printBoxes 方法接受一个 List 类型的参数，其中元素的类型必须是 Number 类或其子类。这样，我们可以传递 List<Integer>、List<Double> 等类型的列表给该方法。

2. 使用方法

泛型类中使用 `extends`

class Pair<T extends Comparable<T>> {
    private T first;
    private T second;

    public Pair(T first, T second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T getMax() {
        return (first.compareTo(second) >= 0) ? first : second;
    }
}

在这个例子中，Pair 类的泛型类型参数 T 被限制为实现了 Comparable<T> 接口的类。这样，我们可以在 getMax 方法中调用 compareTo 方法来比较两个元素的大小。

泛型方法中使用 `extends`

class GenericMethods {
    static <T extends Number> double sum(T[] array) {
        double result = 0;
        for (T element : array) {
            result += element.doubleValue();
        }
        return result;
    }
}

在这个例子中，sum 方法是一个泛型方法，其类型参数 T 被限制为 Number 类或其子类。这样，我们可以在方法中调用 doubleValue 方法将元素转换为 double 类型进行求和。

通配符中使用 `extends`

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

public class WildcardExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> intList = new ArrayList<>();
        intList.add(1);
        intList.add(2);
        printList(intList);

        List<Double> doubleList = new ArrayList<>();
        doubleList.add(1.5);
        doubleList.add(2.5);
        printList(doubleList);
    }

    static void printList(List<? extends Number> list) {
        for (Number num : list) {
            System.out.println(num);
        }
    }
}

在这个例子中，printList 方法接受一个 List 类型的参数，其中元素的类型必须是 Number 类或其子类。这样，我们可以传递 List<Integer> 或 List<Double> 类型的列表给该方法。

3. 常见实践

限制泛型类型以调用特定方法

在前面的 Pair 类的例子中，我们限制了泛型类型参数 T 必须实现 Comparable<T> 接口，这样就可以在 getMax 方法中调用 compareTo 方法。这是一种常见的实践，用于确保泛型类型具有特定的行为。

通配符用于灵活的参数传递

在 printList 方法的例子中，使用通配符 ? extends Number 可以接受不同类型的 List，只要元素的类型是 Number 类或其子类。这使得方法更加灵活，可以处理多种类型的列表。

泛型集合的上界限定

在处理泛型集合时，使用 extends 可以限制集合中元素的类型范围。例如，我们可以创建一个只接受 Number 类或其子类的 List：

List<? extends Number> numberList = new ArrayList<Integer>();

4. 最佳实践

合理使用类型边界

在使用 extends 限制泛型类型参数时，要确保类型边界是合理的。不要过度限制类型，以免影响代码的复用性；也不要限制不足，导致类型安全问题。

避免使用无界通配符

虽然无界通配符 ? 可以表示任意类型，但在大多数情况下，使用有界通配符 ? extends 可以提高代码的安全性和可读性。

注意泛型的不变性

Java 泛型是不变的，即 List<Integer> 不是 List<Number> 的子类型。因此，在使用泛型集合时，要注意类型的兼容性，避免出现类型转换错误。

5. 小结

Java 泛型中的 extends 关键字是一个强大的工具，它可以用于限制泛型类型参数的范围，提高代码的类型安全性和复用性。通过本文的介绍，我们了解了 extends 在泛型类、泛型方法和通配符中的使用方法，以及常见实践和最佳实践。在实际开发中，合理使用 extends 可以使代码更加健壮和灵活。

6. 参考资料

《Effective Java》（第三版）
《Java 核心技术》（第十版）

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