Подстановочный знак (Java)

В языке программирования Java знак подстановочный ? это особый вид аргумента типа ^[1] который контролирует безопасность типов при использовании универсальных (параметризованных) типов. ^[2] Его можно использовать в объявлениях переменных и созданиях экземпляров, а также в определениях методов, но не в определении универсального типа. ^[3]^[4] Это форма от места использования аннотации отклонения , в отличие от аннотаций отклонения от места определения, встречающихся в C# и Scala .

Ковариация для универсальных типов

В отличие от массивов (которые являются ковариантными в Java ^[2]), разные экземпляры универсального типа несовместимы друг с другом даже явно. ^[2] Например, декларации Generic<Supertype> superGeneric; Generic<Subtype> subGeneric; заставит компилятор сообщать об ошибках преобразования для обоих типов приведения (Generic<Subtype>)superGeneric и (Generic<Supertype>)subGeneric.

Эту несовместимость можно смягчить с помощью подстановочного знака, если ? используется как фактический параметр типа. ^[2] Generic<?> является супертипом всех параметризаций универсального типа Generic. Это позволяет объектам типа Generic<Supertype> и Generic<Subtype> быть безопасно присвоено переменной или параметру метода типа Generic<?>. ^[2] С использованием Generic<? extends Supertype> позволяет то же самое, ограничивая совместимость Supertype и его дети. ^[5] Другая возможность заключается в Generic<? super Subtype>, который также принимает оба объекта и ограничивает совместимость Subtype и все его родители. ^[5]

Подстановочный знак как тип параметра

В теле универсального модуля параметр (формального) типа обрабатывается как его верхняя граница (выраженная с помощью extends; Object если нет ограничений). ^[5] Если возвращаемый тип метода является параметром типа, результат (например, типа ?) может ссылаться на переменную типа верхней границы (или Object). В другом направлении подстановочный знак не подходит ни для одного другого типа, даже для Object: Если ? был применен как формальный параметр типа метода, ему нельзя передать никакие фактические параметры. Однако объекты неизвестного типа могут быть прочитаны из универсального объекта и присвоены переменной супертипа верхней границы.

Пример кода для Generic<T extends UpperBound> сорт:

class Generic <T extends UpperBound> {    private T t;    void write(T t) {        this.t = t;    }    T read() {        return t;    }}

Пример кода, использующий Generic<T extends UpperBound> сорт:

...final Generic<UpperBound> concreteTypeReference = new Generic<UpperBound>();final Generic<?> wildcardReference = concreteTypeReference;final UpperBound ub = wildcardReference.read(); // Object would also be OKwildcardReference.write(new Object()); // type errorwildcardReference.write(new UpperBound()); // type errorconcreteTypeReference.write(new UpperBound()); // OK...

Ограниченные подстановочные знаки

Ограниченный подстановочный знак — это знак с верхним или нижним ограничением наследования . Границей подстановочного знака может быть тип класса, тип интерфейса , тип массива или переменная типа. Верхние границы выражаются с помощью ключевого слова « extensions» , а нижние границы — с помощью ключевого слова «super» . Подстановочные знаки могут указывать либо верхнюю , либо нижнюю границу, но не обе.

Верхние границы

Верхняя граница подстановочного знака должна быть подтипом верхней границы соответствующего параметра типа, объявленного в соответствующем универсальном типе. ^[5] Пример подстановочного знака, который явно указывает верхнюю границу:

Generic<? extends SubtypeOfUpperBound> referenceConstrainedFromAbove;

Эта ссылка может содержать любую параметризацию Generic аргумент типа которого является подтипом SubtypeOfUpperBound. Подстановочный знак, в котором явно не указана верхняя граница, фактически аналогичен знаку, имеющему ограничение extends Object, поскольку все ссылочные типы в Java являются подтипами Object.

Нижние границы

Подстановочный знак с нижней границей, например

Generic<? super SubtypeOfUpperBound> referenceConstrainedFromBelow;

может содержать любую параметризацию Generic любой аргумент типа которого является одновременно подтипом верхней границы соответствующего параметра типа и супертипом SubtypeOfUpperBound. ^[5]

Создание объекта с подстановочным знаком

Никакие объекты не могут быть созданы с аргументом типа подстановочного знака: например, new Generic<?>() запрещено. На практике в этом нет необходимости, потому что если бы кто-то захотел создать объект, который можно было бы присвоить переменной типа Generic<?>, можно просто использовать любой произвольный тип (который подпадает под ограничения подстановочного знака, если таковой имеется) в качестве аргумента типа.

Однако, new ArrayList<Generic<?>>() разрешено, поскольку подстановочный знак не является параметром экземпляра типа ArrayList. То же самое справедливо и для new ArrayList<List<?>>().

В выражении создания массива тип компонента массива должен быть доступным для повторного использования, как определено Спецификацией языка Java, раздел 4.7. Это означает, что если тип компонента массива имеет какие-либо аргументы типа, все они должны быть неограниченными подстановочными знаками (подстановочные знаки, состоящие только из ?) . Например, new Generic<?>[20] правильно, в то время как new Generic<SomeType>[20] нет.

В обоих случаях другим вариантом является отсутствие параметров. Это вызовет предупреждение, поскольку оно менее безопасно с точки зрения типов (см. Необработанный тип ).

Пример: списки

В Java Collections Framework класс List<MyClass> представляет собой упорядоченную коллекцию объектов типа MyClass.Верхние границы задаются с помощью extends:А List<? extends MyClass> представляет собой список объектов некоторого подкласса MyClass, т. е. любой объект в списке гарантированно принадлежит к типу MyClass, поэтому его можно перебирать, используя переменную типа MyClass^[6]

public void doSomething(List<? extends MyClass> list) {    for (final MyClass object : list) { // OK        // do something    }}

Однако не гарантируется, что можно добавить любой объект типа MyClass в этот список:

public void doSomething(List<? extends MyClass> list) {    final MyClass m = new MyClass();    list.add(m); // Compile error}

Обратное верно для нижних границ, которые задаются с помощью super:А List<? super MyClass> представляет собой список объектов некоторого суперкласса MyClass, т.е. список гарантированно сможет содержать любой объект типа MyClass, поэтому можно добавить любой объект типа MyClass:

public void doSomething(List<? super MyClass> list) {    final MyClass m = new MyClass();    list.add(m); // OK}

Однако не гарантируется, что можно будет перебирать этот список, используя переменную типа MyClass:

public void doSomething(List<? super MyClass> list) {    for (final MyClass object : list) { // Compile error        // do something    }}

Чтобы иметь возможность делать и то, и другое, добавьте объекты типа MyClass в список и перебрать его, используя переменную типа MyClass, а List<MyClass> необходим, и это единственный тип List это и то и другое List<? extends MyClass> и List<? super MyClass>. ^[7]

Мнемоника PECS (Producer Extends, Consumer Super) из книги Эффективная Java» « Джошуа Блоха дает простой способ запомнить, когда использовать подстановочные знаки (соответствующие ковариации и контравариантности) в Java. ^[5]

См. также

Ограниченная количественная оценка
Ковариантность и контравариантность (информатика)
В разделе «Общие символы Java#Type» поясняются нижние и верхние границы подстановочных знаков.

Цитаты

^ «Глава 4. Типы, значения и переменные» . docs.oracle.com . Проверено 3 ноября 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Bloch 2018 , стр. 117–122, глава §5, пункт 26. Не используйте необработанные типы.
^ Гилад Брача (июнь 2004 г.), «4. Подстановочные знаки», Generics in the Java Programming Language (PDF) , получено 6 марта 2016 г.
^ «8.1.2 Универсальные классы и параметры типа», Спецификация языка Java , Oracle , получено 6 марта 2016 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Bloch 2018 , стр. 139–145, глава §5, пункт 31. Используйте ограниченные подстановочные знаки для повышения гибкости API.
^ Наследование (объектно-ориентированное программирование)
^ Синтаксис Java (обобщенные)

Ссылки

Блох, Джошуа (2018). «Эффективная Java: Руководство по языку программирования» (третье изд.). Аддисон-Уэсли . ISBN 978-0134685991 .
Спецификация языка Java, третье издание (Sun), ISBN 978-0-321-24678-3 http://java.sun.com/docs/books/jls/
Учебники по Java, шаблоны уроков http://download.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/index.html
Захват подстановочных знаков, http://bayou.io/draft/Capturing_Wildcards.html.
Совместимость типов в Java http://public.beuth-hochschule.de/~solymosi/veroeff/typkompatibilitaet/Typkompatibilitaet.html#Joker (на немецком языке)

[1] «Глава 4. Типы, значения и переменные» . docs.oracle.com . Проверено 3 ноября 2020 г.

[FOOTNOTEBloch2018117–122Chapter_§5_Item_26:_Don't_use_raw_types-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Bloch 2018 , стр. 117–122, глава §5, пункт 26. Не используйте необработанные типы.

[gilad2004-3] Гилад Брача (июнь 2004 г.), «4. Подстановочные знаки», Generics in the Java Programming Language (PDF) , получено 6 марта 2016 г.

[4] «8.1.2 Универсальные классы и параметры типа», Спецификация языка Java , Oracle , получено 6 марта 2016 г.

[FOOTNOTEBloch2018139–145Chapter_§5_Item_31:_Use_bounded_wildcards_to_increase_API_flexibility-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Bloch 2018 , стр. 139–145, глава §5, пункт 31. Используйте ограниченные подстановочные знаки для повышения гибкости API.

[6] Наследование (объектно-ориентированное программирование)

[7] Синтаксис Java (обобщенные)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]