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Java中kotlin的協(xié)變與逆變是什么-創(chuàng)新互聯(lián)

小編給大家分享一下Java中kotlin的協(xié)變與逆變是什么，希望大家閱讀完這篇文章后大所收獲，下面讓我們一起去探討吧！

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java基礎(chǔ)教程欄目今天介紹kotlin的協(xié)變與逆變。

前言

為了更好地理解 kotlin 和 Java 中的協(xié)變與逆變，先看一些基礎(chǔ)知識(shí)。

普通賦值

在 Java 中，常見(jiàn)的賦值語(yǔ)句如下：

A a = b;復(fù)制代碼

賦值語(yǔ)句必須滿(mǎn)足的條件是：左邊要么是右邊的父類(lèi)，要么和右邊類(lèi)型一樣。即 A 的類(lèi)型要“大于”B 的類(lèi)型，比如 Object o = new String("s"); 。為了方便起見(jiàn)，下文中稱(chēng)作 A > B。

除了上述最常見(jiàn)的賦值語(yǔ)句，還有兩種其他的賦值語(yǔ)句：

函數(shù)參數(shù)的賦值
public void fun(A a) {}// 調(diào)用處賦值B b = new B();
fun(b);復(fù)制代碼

在調(diào)用 fun(b) 方法時(shí)，會(huì)將傳入的 B b 實(shí)參賦值給形參 A a，即 A a = b 的形式。同樣的，必須要滿(mǎn)足形參類(lèi)型大于實(shí)參，即 A > B。

函數(shù)返回值的賦值
public A fun() {
    B b = new B();    return b;
} 
復(fù)制代碼

函數(shù)返回值類(lèi)型接收實(shí)際返回類(lèi)型的值，實(shí)際返回類(lèi)型 B b 相當(dāng)于賦值給了函數(shù)返回值類(lèi)型 A a，即 B b 賦值給了 A a, 即 A a = b，那么必須滿(mǎn)足 A > B 的類(lèi)型關(guān)系。

所以，無(wú)論哪種賦值，都必須滿(mǎn)足左邊類(lèi)型 > 右邊類(lèi)型，即 A > B。

Java 中的協(xié)變與逆變

有了前面的基礎(chǔ)知識(shí)，就可以方便地解釋協(xié)變與逆變了。

如果類(lèi) A > 類(lèi) B，經(jīng)過(guò)一個(gè)變化 trans 后得到的 trans(A) 與 trans(B) 依舊滿(mǎn)足 trans(A) > trans(B)，那么稱(chēng)為協(xié)變。

逆變則剛好相反，如果類(lèi) A > 類(lèi) B，經(jīng)過(guò)一個(gè)變化 trans 后得到的 trans(A) 與 trans(B) 滿(mǎn)足 trans(B) > trans(A)，稱(chēng)為逆變。

比如大家都知道 Java 的數(shù)組是協(xié)變的，假如 A > B，那么有 A[] > B[]，所以 B[] 可以賦值給 A[]。舉個(gè)例子：

Integer[] nums = new Integer[]{};
Object[] o = nums; // 可以賦值，因?yàn)閿?shù)組的協(xié)變特性所以由 Object > Integer 得到 Object[] > Integer[]復(fù)制代碼

但是 Java 的泛型則不滿(mǎn)足協(xié)變，如下：

List l = new ArrayList<>();
List o = l;// 這里會(huì)報(bào)錯(cuò)，不能編譯復(fù)制代碼
上述代碼報(bào)錯(cuò)，就是因?yàn)?，雖然 Object > Integer，但是由于泛型不滿(mǎn)足協(xié)變，所以 List > List 是不滿(mǎn)足的，既然不滿(mǎn)足左邊大于右邊這個(gè)條件，從前言中我們知道，自然就不能將 List 賦值給 List。一般稱(chēng) Java 泛型不支持型變。
Java 中泛型如何實(shí)現(xiàn)協(xié)變與逆變
從前面我們知道，在 Java 中泛型是不支持型變的，但是這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)讓人很奇怪的疑惑，也是很多講泛型的文章中提到的：
如果 B 是 A 的子類(lèi)，那么 List 就應(yīng)該是 List 的子類(lèi)呀！這是一個(gè)非常自然而然的想法！
但是很抱歉，由于種種原因，Java 并不支持。但是，Java 并不是完全抹殺了泛型的型變特性，Java 提供了  和  使泛型擁有協(xié)變和逆變的特性。
 與 
 稱(chēng)為上界通配符， 稱(chēng)為下界通配符。使用上界通配符可以使泛型協(xié)變，而使用下界通配符可以使泛型逆變。
比如之前舉的例子
List l = new ArrayList<>();
List o = l;// 這里會(huì)報(bào)錯(cuò)，不能編譯復(fù)制代碼
如果使用上界通配符，
List l = new ArrayList<>();
List o = l;// 可以通過(guò)編譯復(fù)制代碼
這樣，List 的類(lèi)型就大于 List 的類(lèi)型了，也就實(shí)現(xiàn)了協(xié)變。這也就是所謂的“子類(lèi)的泛型是泛型的子類(lèi)”。
同樣，下界通配符  可以實(shí)現(xiàn)逆變，如：
public List fun(){
    List l = new ArrayList<>();    return l;
}復(fù)制代碼
上述代碼怎么就實(shí)現(xiàn)逆變了呢？首先，Object > Integer；另外，從前言我們知道，函數(shù)返回值類(lèi)型必須大于實(shí)際返回值類(lèi)型，在這里就是 List > List，和 Object > Integer 剛好相反。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)泛型變化后，Object 和 Integer 的類(lèi)型關(guān)系翻轉(zhuǎn)了，這就是逆變，而實(shí)現(xiàn)逆變的就是下界通配符 。
從上面可以看出， 中的上界是 T，也就是說(shuō)  所泛指的類(lèi)型都是 T 的子類(lèi)或 T 本身，所以 T 大于  。 中的下界是 T，也就是說(shuō)  所泛指的類(lèi)型都是 T 的父類(lèi)或 T 本身，所以   大于 T。
雖然 Java 使用通配符解決了泛型的協(xié)變與逆變的問(wèn)題，但是由于很多講到泛型的文章都晦澀難懂，曾經(jīng)讓我一度感慨這 tm 到底是什么玩意？直到我在 stackoverflow 上發(fā)現(xiàn)了通俗易懂的解釋(是的，前文大部分內(nèi)容都來(lái)自于 stackoverflow 中大神的解釋)，才終于了然。其實(shí)只要抓住賦值語(yǔ)句左邊類(lèi)型必須大于右邊類(lèi)型這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)一切就都很好懂了。
PECS
PECS 準(zhǔn)則即 Producer Extends Consumer Super，生產(chǎn)者使用上界通配符，消費(fèi)者使用下界通配符。直接看這句話可能會(huì)讓人很疑惑，所以我們追本溯源來(lái)看看為什么會(huì)有這句話。
首先，我們寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的泛型類(lèi)：
public class Container {    private T item;    public void set(T t) { 
        item = t;
    }    public T get() {        return item;
    }
}復(fù)制代碼
然后寫(xiě)出如下代碼：
Container c = new Container(); // (1)編譯報(bào)錯(cuò)Container c = new Container(); // (2)編譯通過(guò)c.set("sss"); // (3)編譯報(bào)錯(cuò)Object o = c.get();// (4)編譯通過(guò)復(fù)制代碼
代碼 (1)，Container c = new Container();  編譯報(bào)錯(cuò)，因?yàn)榉盒褪遣恍妥兊模?Container 并不是 Container 的子類(lèi)型，所以無(wú)法賦值。
代碼 (2)，加了上界通配符以后，支持泛型協(xié)變，Container 就成了 Container 的子類(lèi)型，所以編譯通過(guò)，可以賦值。
既然代碼 (2) 通過(guò)編譯，那代碼 (3) 為什么會(huì)報(bào)錯(cuò)呢？因?yàn)榇a (3) 嘗試把 String 類(lèi)型賦值給  類(lèi)型。顯然，編譯器只知道   是 Obejct 的某一個(gè)子類(lèi)型，但是具體是哪一個(gè)并不知道，也許并不是 String 類(lèi)型，所以不能直接將 String 類(lèi)型賦值給它。
從上面可以看出，對(duì)于使用了  的類(lèi)型，是不能寫(xiě)入元素的，不然就會(huì)像代碼 (3) 處一樣編譯報(bào)錯(cuò)。
但是可以讀取元素，比如代碼 (4) 。并且該類(lèi)型只能讀取元素，這就是所謂的“生產(chǎn)者”，即只能從中讀取元素的就是生產(chǎn)者，生產(chǎn)者就使用  通配符。
消費(fèi)者同理，代碼如下：
Container c = new Container(); // (1)編譯報(bào)錯(cuò)Container c = new Container(); // (2)編譯通過(guò)
 c.set("sss");// (3) 編譯通過(guò)
 String s = c.get();// (4) 編譯報(bào)錯(cuò)復(fù)制代碼
代碼 (1) 編譯報(bào)錯(cuò)，因?yàn)榉盒筒恢С帜孀?。而且就算不懂泛型，這個(gè)代碼的形式一眼看起來(lái)也是錯(cuò)的。
代碼 (2) 編譯通過(guò)，因?yàn)榧恿? 通配符后，泛型逆變。
代碼 (3) 編譯通過(guò)，它把 String 類(lèi)型賦值給 ， 泛指 String 的父類(lèi)或 String，所以這是可以通過(guò)編譯的。
代碼 (4) 編譯報(bào)錯(cuò)，因?yàn)樗鼑L試把  賦值給 String，而  大于 String，所以不能賦值。事實(shí)上，編譯器完全不知道該用什么類(lèi)型去接受 c.get() 的返回值，因?yàn)樵诰幾g器眼里  是一個(gè)泛指的類(lèi)型，所有 String 的父類(lèi)和 String 本身都有可能。
同樣從上面代碼可以看出，對(duì)于使用了  的類(lèi)型，是不能讀取元素的，不然就會(huì)像代碼 (4) 處一樣編譯報(bào)錯(cuò)。但是可以寫(xiě)入元素，比如代碼 (3)。該類(lèi)型只能寫(xiě)入元素，這就是所謂的“消費(fèi)者”，即只能寫(xiě)入元素的就是消費(fèi)者，消費(fèi)者就使用  通配符。
綜上，這就是 PECS 原則。
kotlin 中的協(xié)變與逆變
kotlin 拋棄了 Java 中的通配符，轉(zhuǎn)而使用了聲明處型變與類(lèi)型投影。
聲明處型變
首先讓我們回頭看看 Container 的定義：
public class Container {    private T item;    public void set(T t) { 
        item = t;
    }    public T get() {        return item;
    }
}復(fù)制代碼
在某些情況下，我們只會(huì)使用 Container 或者 Container ，意味著我們只使用 Container 作為生產(chǎn)者或者 Container 作為消費(fèi)者。
既然如此，那我們?yōu)槭裁匆诙x Container 這個(gè)類(lèi)的時(shí)候要把 get 和 set 都定義好呢？試想一下，如果一個(gè)類(lèi)只有消費(fèi)者的作用，那定義 get 方法完全是多余的。
反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)泛型類(lèi)只有生產(chǎn)者方法，比如下面這個(gè)例子（來(lái)自 kotlin 官方文檔）:
// Javainterface Source {
  T nextT(); // 只有生產(chǎn)者方法}// Javavoid demo(Source strs) {
  Source objects = strs; // ?。?！在 Java 中不允許，要使用上界通配符 
  // ……}復(fù)制代碼
在 Source  類(lèi)型的變量中存儲(chǔ) Source  實(shí)例的引用是極為安全的——因?yàn)闆](méi)有消費(fèi)者-方法可以調(diào)用。然而 Java 依然不讓我們直接賦值，需要使用上界通配符。
但是這是毫無(wú)意義的，使用通配符只是把類(lèi)型變得更復(fù)雜，并沒(méi)有帶來(lái)額外的價(jià)值，因?yàn)槟苷{(diào)用的方法還是只有生產(chǎn)者方法。但 Java 編譯器只認(rèn)死理。
所以，如果我們能在使用之前確定一個(gè)類(lèi)是生產(chǎn)者還是消費(fèi)者，那在定義類(lèi)的時(shí)候直接聲明它的角色豈不美哉？
這就是 kotlin 的聲明處型變，直接在類(lèi)聲明的時(shí)候，定義它的型變行為。
比如：
class Container { // (1)
    private  var item: T? = null 
        
    fun get(): T? = item
}

val c: Container = Container()// （2）編譯通過(guò)，因?yàn)?T 是一個(gè) out-參數(shù)復(fù)制代碼
(1) 處直接使用  指定 T 類(lèi)型只能出現(xiàn)在生產(chǎn)者的位置上。雖然多了一些限制，但是，在 kotlin 編譯器在知道了 T 的角色以后，就可以像 (2) 處一樣將 Container 直接賦值給 Container，好像泛型直接可以協(xié)變了一樣，而不需要再使用 Java 當(dāng)中的通配符 。
同樣的，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，
class Container { // (1) 
    private  var item: T? = null 
     fun set(t: T) {
        item = t
    }
}val c: Container = Container() // (2) 編譯通過(guò),因?yàn)?T 是一個(gè) in-參數(shù)復(fù)制代碼
代碼 (1) 處使用  指定 T 類(lèi)型只能出現(xiàn)在消費(fèi)者的位置上。代碼 (2) 可以編譯通過(guò)， Any > String，但是 Container 可以被 Container 賦值，意味著 Container 大于 Container ，即它看上去就像 T 直接實(shí)現(xiàn)了泛型逆變，而不需要借助  通配符來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變。如果是 Java 代碼，則需要寫(xiě)成 Container c = new Container(); 。
這就是聲明處型變，在類(lèi)聲明的時(shí)候使用 out 和 in 關(guān)鍵字，在使用時(shí)可以直接寫(xiě)出泛型型變的代碼。
而 Java 在使用時(shí)必須借助通配符才能實(shí)現(xiàn)泛型型變，這是使用處型變。
類(lèi)型投影
有時(shí)一個(gè)類(lèi)既可以作生產(chǎn)者又可以作消費(fèi)者，這種情況下，我們不能直接在 T 前面加 in 或者 out 關(guān)鍵字。比如：
class Container {    private  var item: T? = null
    
    fun set(t: T？) {
        item = t
    }    fun get(): T? = item
}復(fù)制代碼
考慮這個(gè)函數(shù)：
fun copy(from: Container, to: Container) {
    to.set(from.get())
}復(fù)制代碼
當(dāng)我們實(shí)際使用該函數(shù)時(shí)：
val from = Container()val to = Container()
copy(from, to) // 報(bào)錯(cuò)，from 是 Container 類(lèi)型，而 to 是 Container 類(lèi)型復(fù)制代碼
Java中kotlin的協(xié)變與逆變是什么
這樣使用的話，編譯器報(bào)錯(cuò)，因?yàn)槲覀儼褍蓚€(gè)不一樣的類(lèi)型做了賦值。用 kotlin 官方文檔的話說(shuō)，copy 函數(shù)在”干壞事“， 它嘗試寫(xiě)一個(gè) Any 類(lèi)型的值給 from， 而我們用 Int 類(lèi)型來(lái)接收這個(gè)值，如果編譯器不報(bào)錯(cuò)，那么運(yùn)行時(shí)將會(huì)拋出一個(gè) ClassCastException 異常。
所以應(yīng)該怎么辦？直接防止 from 被寫(xiě)入就可以了！
將 copy 函數(shù)改為如下所示：
fun copy(from: Container, to: Container) { // 給 from 的類(lèi)型加了 out
    to.set(from.get())
}val from = Container()val to = Container()
copy(from, to) // 不會(huì)再報(bào)錯(cuò)了復(fù)制代碼
這就是類(lèi)型投影：from 是一個(gè)類(lèi)受限制的（投影的）Container 類(lèi)，我們只能把它當(dāng)作生產(chǎn)者來(lái)使用，它只能調(diào)用 get() 方法。
同理，如果 from 的泛型是用 in 來(lái)修飾的話，則 from 只能被當(dāng)作消費(fèi)者使用，它只能調(diào)用 set() 方法，上述代碼就會(huì)報(bào)錯(cuò)：
fun copy(from: Container, to: Container) { // 給 from 的類(lèi)型加了 in
    to.set(from.get())
}val from = Container()val to = Container()
copy(from, to) //  報(bào)錯(cuò)復(fù)制代碼
Java中kotlin的協(xié)變與逆變是什么
其實(shí)從上面可以看到，類(lèi)型投影和 Java 的通配符很相似，也是一種使用時(shí)型變。
為什么要這么設(shè)計(jì)？
為什么 Java 的數(shù)組是默認(rèn)型變的，而泛型默認(rèn)不型變呢？其實(shí) kolin 的泛型默認(rèn)也是不型變的，只是使用 out 和 in 關(guān)鍵字讓它看起來(lái)像泛型型變。
為什么這么設(shè)計(jì)呢？為什么不默認(rèn)泛型可型變呢？
在 stackoverflow 上找到了答案，參考：stackoverflow.com/questions/1…
Java 和 C# 早期都是沒(méi)有泛型特性的。
但是為了支持程序的多態(tài)性，于是將數(shù)組設(shè)計(jì)成了協(xié)變的。因?yàn)閿?shù)組的很多方法應(yīng)該可以適用于所有類(lèi)型元素的數(shù)組。
比如下面兩個(gè)方法：
boolean equalArrays (Object[] a1, Object[] a2);void shuffleArray(Object[] a);復(fù)制代碼
第一個(gè)是比較數(shù)組是否相等；第二個(gè)是打亂數(shù)組順序。
語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者們希望這些方法對(duì)于任何類(lèi)型元素的數(shù)組都可以調(diào)用，比如我可以調(diào)用 shuffleArray(String[] s) 來(lái)把字符串?dāng)?shù)組的順序打亂。
出于這樣的考慮，在 Java 和 C# 中，數(shù)組設(shè)計(jì)成了協(xié)變的。
然而，對(duì)于泛型來(lái)說(shuō)，卻有以下問(wèn)題：
// Illegal code - because otherwise life would be BadList dogs = new List();
List animals = dogs; // Awooga awoogaanimals.add(new Cat());// (1)Dog dog = dogs.get(0); //(2) This should be safe, right?復(fù)制代碼
如果上述代碼可以通過(guò)編譯，即 List 可以賦值給 List，List 是協(xié)變的。接下來(lái)往 List 中 add 一個(gè) Cat()，如代碼 (1) 處。這樣就有可能造成代碼 (2) 處的接收者 Dog dog 和 dogs.get(0) 的類(lèi)型不匹配的問(wèn)題。會(huì)引發(fā)運(yùn)行時(shí)的異常。所以 Java 在編譯期就要阻止這種行為，把泛型設(shè)計(jì)為默認(rèn)不型變的。
總結(jié)
1、Java 泛型默認(rèn)不型變，所以 List 不是 List 的子類(lèi)。如果要實(shí)現(xiàn)泛型型變，則需要  與  通配符，這是一種使用處型變的方法。使用  通配符意味著該類(lèi)是生產(chǎn)者，只能調(diào)用 get(): T 之類(lèi)的方法。而使用  通配符意味著該類(lèi)是消費(fèi)者，只能調(diào)用 set(T t)、add(T t) 之類(lèi)的方法。
2、Kotlin 泛型其實(shí)默認(rèn)也是不型變的，只不過(guò)使用 out 和 in 關(guān)鍵字在類(lèi)聲明處型變，可以達(dá)到在使用處看起來(lái)像直接型變的效果。但是這樣會(huì)限制類(lèi)在聲明時(shí)只能要么作為生產(chǎn)者，要么作為消費(fèi)者。
使用類(lèi)型投影可以避免類(lèi)在聲明時(shí)被限制，但是在使用時(shí)要使用 out 和 in 關(guān)鍵字指明這個(gè)時(shí)刻類(lèi)所充當(dāng)?shù)慕巧窍M(fèi)者還是生產(chǎn)者。類(lèi)型投影也是一種使用處型變的方法。
看完了這篇文章，相信你對(duì)Java中kotlin的協(xié)變與逆變是什么有了一定的了解，想了解更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)-成都網(wǎng)站建設(shè)公司行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！
            

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