【Java基础-46.3】Java泛型通配符详解：解锁类型安全的灵活编程

在Java中，泛型（Generics）是提高代码复用性和类型安全的重要特性。然而，泛型的严格类型约束有时会限制代码的灵活性。为了解决这个问题，Java引入了泛型通配符（Wildcards），它允许我们编写更通用的代码，同时保持类型安全。本文将深入探讨泛型通配符的概念、用法以及实际应用场景。

1. 泛型通配符是什么？

泛型通配符用?表示，它代表一种未知的类型。通配符通常用于以下场景：

• 处理泛型集合时，允许接受多种类型的参数。
• 在方法参数或返回值中，提供更灵活的类型支持。

通配符可以分为以下三种：

1. 无界通配符（Unbounded Wildcard）：<?>
2. 上界通配符（Upper Bounded Wildcard）：<? extends T>
3. 下界通配符（Lower Bounded Wildcard）：<? super T>

2. 无界通配符（<?>）

无界通配符表示任意类型。它通常用于以下场景：

• 当你只关心泛型集合的操作（如遍历），而不关心具体类型时。

2.1 示例：遍历任意类型的集合

public static void printList(List<?> list) {
    for (Object item : list) {
        System.out.println(item);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
    List<String> strList = Arrays.asList("A", "B", "C");

    printList(intList); // 输出：1 2 3
    printList(strList); // 输出：A B C
}

在这个例子中，printList方法可以接受任何类型的List，因为<?>表示未知类型。

3. 上界通配符（<? extends T>）

上界通配符表示“某种类型或其子类型”。它通常用于以下场景：

• 当你需要从泛型集合中读取数据，但不允许写入数据时。

3.1 示例：处理数字类型的集合

public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {
    double sum = 0.0;
    for (Number num : list) {
        sum += num.doubleValue();
    }
    return sum;
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
    List<Double> doubleList = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);

    System.out.println(sumOfList(intList));    // 输出：6.0
    System.out.println(sumOfList(doubleList)); // 输出：6.6
}

在这个例子中，sumOfList方法可以接受Number或其子类型（如Integer、Double）的集合。

注意事项：

• 使用<? extends T>时，只能从集合中读取数据，不能写入数据（除了null），因为具体类型未知。

4. 下界通配符（<? super T>）

下界通配符表示“某种类型或其父类型”。它通常用于以下场景：

• 当你需要向泛型集合中写入数据，但不关心读取数据的类型时。

4.1 示例：向集合中添加元素

public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        list.add(i);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<Number> numList = new ArrayList<>();
    List<Object> objList = new ArrayList<>();

    addNumbers(numList); // 添加Integer到Number集合
    addNumbers(objList); // 添加Integer到Object集合

    System.out.println(numList); // 输出：[1, 2, 3, 4, 5]
    System.out.println(objList); // 输出：[1, 2, 3, 4, 5]
}

在这个例子中，addNumbers方法可以向Integer或其父类型（如Number、Object）的集合中添加元素。

注意事项：

• 使用<? super T>时，可以向集合中写入数据，但读取数据时只能以Object类型接收。

5. PECS原则

为了更清晰地理解上界和下界通配符的使用场景，我们可以参考PECS原则：

• Producer Extends：如果泛型集合是生产者（提供数据），使用<? extends T>。
• Consumer Super：如果泛型集合是消费者（接收数据），使用<? super T>。

5.1 示例：结合PECS原则

public static <T> void copy(List<? extends T> src, List<? super T> dest) {
    for (T item : src) {
        dest.add(item);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> src = Arrays.asList(1, 2, 3);
    List<Number> dest = new ArrayList<>();

    copy(src, dest); // 将Integer集合复制到Number集合
    System.out.println(dest); // 输出：[1, 2, 3]
}

在这个例子中，src是生产者（提供数据），因此使用<? extends T>；dest是消费者（接收数据），因此使用<? super T>。

6. 实际应用场景

6.1 集合工具类

Java标准库中的Collections工具类大量使用了泛型通配符。例如：

public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
    // 排序逻辑
}

这里使用<? super T>是为了允许传入T或其父类型的比较器。

6.2 泛型方法

在编写泛型方法时，通配符可以提高方法的灵活性。例如：

public static <T> void printFirst(List<? extends T> list) {
    if (!list.isEmpty()) {
        System.out.println(list.get(0));
    }
}

7. 总结

泛型通配符是Java泛型中一个强大的工具，它通过<?>、<? extends T>和<? super T>提供了灵活的类型支持。理解并掌握通配符的用法，可以帮助你编写更通用、更安全的代码。记住PECS原则，合理选择上界和下界通配符，可以让你的代码更加优雅和高效。