我对Java泛型如何处理继承/多态性有点困惑。
假设以下层次结构-
动物（父母）
狗-猫（儿童）
所以假设我有一个doSomething方法（列出＜Animal＞动物）。根据继承和多态性的所有规则，我会假设List<Dog>是List<Animal>，List<Cat>是List<Animal>-因此任何一个都可以传递给这个方法。不是这样。如果我想实现这种行为，我必须通过说doSomething（list<？extendsAnimal>动物）来明确告诉方法接受Animal的任何子类的列表。
我知道这是Java的行为。我的问题是为什么？为什么多态性通常是隐式的，但当涉及泛型时，必须指定它？
当前回答
子类型对于参数化类型是不变的。即使严格来说，类Dog是Animal的子类型，但参数化类型List＜Dog＞不是List＜Animal＞的子类型。相反，协变子类型由数组使用，因此数组类型狗[]是动物[]的一个亚型。
不变的子类型确保不违反Java强制的类型约束。考虑@Jon Skeet给出的以下代码：
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(1);
List<Animal> animals = dogs;
animals.add(new Cat()); // compile-time error
Dog dog = dogs.get(0);
正如@Jon Skeet所说，这段代码是非法的，因为否则它会违反类型约束，在狗期望的时候返回一只猫。
将上述代码与数组的类似代码进行比较是有指导意义的。
Dog[] dogs = new Dog[1];
Object[] animals = dogs;
animals[0] = new Cat(); // run-time error
Dog dog = dogs[0];
该代码是合法的。但是，引发数组存储异常。数组在运行时携带其类型，JVM可以这样强制协变子类型的类型安全性。
为了进一步理解这一点，让我们看一下javap生成的字节码：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demonstration {
public void normal() {
List normal = new ArrayList(1);
normal.add("lorem ipsum");
}
public void parameterized() {
List<String> parameterized = new ArrayList<>(1);
parameterized.add("lorem ipsum");
}
}
使用命令javap-c演示，这将显示以下Java字节码：
Compiled from "Demonstration.java"
public class Demonstration {
public Demonstration();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public void normal();
Code:
0: new #2 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: iconst_1
5: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."<init>":(I)V
8: astore_1
9: aload_1
10: ldc #4 // String lorem ipsum
12: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
17: pop
18: return
public void parameterized();
Code:
0: new #2 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: iconst_1
5: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."<init>":(I)V
8: astore_1
9: aload_1
10: ldc #4 // String lorem ipsum
12: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
17: pop
18: return
}
观察方法体的翻译代码是否相同。编译器通过删除来替换每个参数化类型。此属性至关重要，这意味着它不会破坏向后兼容性。
总之，参数化类型的运行时安全性是不可能的，因为编译器通过删除来替换每个参数化类型。这使得参数化类型只不过是语法糖。
其他回答
另一个解决方案是建立一个新的列表
List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(dogs);
animals.add(new Cat());
答案和其他答案都是正确的。我将用我认为会有帮助的解决方案来补充这些答案。我认为这在编程中经常出现。需要注意的一点是，对于集合（列表、集合等），主要问题是添加到集合。这就是问题所在。即使移除也可以。
在大多数情况下，我们可以使用集合<？扩展T>而不是集合<T>，这应该是首选。然而，我发现这样做并不容易。关于这是否始终是最好的做法，这是一个值得争论的问题。我在这里介绍一个类DownCastCollection，它可以转换集合<？将T>扩展到集合<T>（我们可以为List、Set、NavigableSet等定义类似的类），以便在使用标准方法时使用。下面是一个如何使用它的示例（在这种情况下，我们也可以使用Collection<？extendsObject>，但我保持简单，以说明使用DownCastCollection。
/**Could use Collection<? extends Object> and that is the better choice.
* But I am doing this to illustrate how to use DownCastCollection. **/
public static void print(Collection<Object> col){
for(Object obj : col){
System.out.println(obj);
}
}
public static void main(String[] args){
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.addAll(Arrays.asList("a","b","c"));
print(new DownCastCollection<Object>(list));
}
现在开始上课：
import java.util.AbstractCollection;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;
public class DownCastCollection<E> extends AbstractCollection<E> implements Collection<E> {
private Collection<? extends E> delegate;
public DownCastCollection(Collection<? extends E> delegate) {
super();
this.delegate = delegate;
}
@Override
public int size() {
return delegate ==null ? 0 : delegate.size();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return delegate==null || delegate.isEmpty();
}
@Override
public boolean contains(Object o) {
if(isEmpty()) return false;
return delegate.contains(o);
}
private class MyIterator implements Iterator<E>{
Iterator<? extends E> delegateIterator;
protected MyIterator() {
super();
this.delegateIterator = delegate == null ? null :delegate.iterator();
}
@Override
public boolean hasNext() {
return delegateIterator != null && delegateIterator.hasNext();
}
@Override
public E next() {
if(!hasNext()) throw new NoSuchElementException("The iterator is empty");
return delegateIterator.next();
}
@Override
public void remove() {
delegateIterator.remove();
}
}
@Override
public Iterator<E> iterator() {
return new MyIterator();
}
@Override
public boolean add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public boolean remove(Object o) {
if(delegate == null) return false;
return delegate.remove(o);
}
@Override
public boolean containsAll(Collection<?> c) {
if(delegate==null) return false;
return delegate.containsAll(c);
}
@Override
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
if(delegate == null) return false;
return delegate.removeAll(c);
}
@Override
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
if(delegate == null) return false;
return delegate.retainAll(c);
}
@Override
public void clear() {
if(delegate == null) return;
delegate.clear();
}
}
List＜Dog＞不是List＜Animal＞的原因是，例如，您可以将猫插入List＜Animate＞，但不能插入List＜Dog>。。。在可能的情况下，可以使用通配符使泛型更具可扩展性；例如，从List＜Dog＞中读取与从List＜Animal＞中读取类似，但不是写入。
《Java语言中的泛型》和《Java教程》中的“泛型”一节对为什么某些事物是多态的或不多态的或允许使用泛型进行了非常好、深入的解释。
我看到这个问题已经被回答了很多次，只想在同一个问题上输入我的意见。
让我们继续创建一个简化的Animal类层次结构。
abstract class Animal {
void eat() {
System.out.println("animal eating");
}
}
class Dog extends Animal {
void bark() { }
}
class Cat extends Animal {
void meow() { }
}
现在让我们看看我们的老朋友Arrays，我们知道它隐式支持多态性-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
Animal[] animals = {new Dog(), new Cat(), new Dog()};
Dog[] dogs = {new Dog(), new Dog(), new Dog()};
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(Animal[] animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
该类编译良好，当我们运行上面的类时，我们得到输出
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
这里需要注意的是，takeAnimals（）方法被定义为接受Animal类型的任何东西，它可以接受Animal类型的数组，也可以接受Dog类型的数组。这就是多态性的作用。
现在让我们对泛型使用相同的方法，
现在假设我们稍微调整一下代码，使用ArrayList而不是Arrays-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
takeAnimals(animals);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
上面的类将编译并生成输出-
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
animal eating
所以我们知道这是可行的，现在让我们稍微调整一下这个类，使其以多态的方式使用Animal类型-
class TestAnimals {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Dog());
animals.add(new Cat());
animals.add(new Dog());
ArrayList<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>();
takeAnimals(animals);
takeAnimals(dogs);
}
public void takeAnimals(ArrayList<Animal> animals) {
for(Animal a : animals) {
System.out.println(a.eat());
}
}
}
看起来编译上面的类应该没有问题，因为takeAnimals（）方法被设计为接受Animal和Dog-is-Animal类型的任何ArrayList，因此它不应该成为交易破坏者。
但是，不幸的是，编译器抛出了一个错误，不允许我们将Dog ArrayList传递给期望Animal ArrayList的变量。
你问为什么？
因为想象一下，如果JAVA允许将Dog ArrayList-dogs-放入Animal ArrayList中-animals-然后在takeAnimals（）方法中，有人会这样做-
animals.add(new Cat());
认为这应该是可行的，因为理想情况下它是一个Animal ArrayList，您应该能够将任何猫添加到其中，作为cat-is-also-Animal，但实际上您将一个Dog类型的ArrayList传递给了它。
所以，现在您必须想到，数组也应该发生同样的情况。你这样想是对的。
如果有人试图用Arrays做同样的事情，那么Arrays也会抛出一个错误，但Arrays在运行时处理这个错误，而ArrayList在编译时处理这个问题。
您要查找的是所谓的协变类型参数。这意味着，如果在方法中可以用一种类型的对象替换另一种类型（例如，Animal可以替换为Dog），那么同样的情况也适用于使用这些对象的表达式（因此List＜Animal＞可以替换为List＜Dog＞）。问题是，一般来说，协方差对于可变列表来说是不安全的。假设您有一个List<Dog>，并且它被用作List<Animal>。当你试图将一只猫添加到这个列表<动物>中时会发生什么？自动允许类型参数为协变会破坏类型系统。
添加语法以允许将类型参数指定为协变将是有用的，这避免了？在方法声明中扩展了Foo，但这确实增加了额外的复杂性。
