127. Java 泛型 - 泛型類與子類型

1. 泛型類和接口的子類型化

在 Java 中，可以通過擴展或實現泛型類或接口來對其進行子類型化。這意味著，如果一個類或接口是泛型的，它的類型參數將影響該類或接口的子類型關系。這個關系通過 extends 和 implements 子句來決定。

示例：ArrayList 和 List

考慮 Java 的 Collections 類庫，ArrayList<E> 實現了 List<E>，而 List<E> 又擴展了 Collection<E>。因此，ArrayList<String> 是 List<String> 的子類型，而 List<String> 又是 Collection<String> 的子類型。這是泛型類之間子類型關系的一種體現。

List<String> list = new ArrayList<>();  // OK, ArrayList<String> 是 List<String> 的子類型

這就表明，當不改變類型參數時，泛型類之間會保持子類型關系。ArrayList<String> 是 List<String> 的子類型，而 List<String> 又是 Collection<String> 的子類型。

2. 自定義泛型接口的子類型化

假設我們需要定義一個自定義的泛型接口 PayloadList，它將泛型類型 P 的值與每個元素相關聯。例如，這個接口可能聲明如下：

interface PayloadList<E, P> extends List<E> {void setPayload(int index, P val);// 其他方法
}

在這個接口中，E 代表列表元素的類型，P 代表與每個元素相關聯的“有效負載”類型。

示例：泛型接口的子類型

接下來，我們可以創建 PayloadList 的具體類型參數化版本：

PayloadList<String, String> stringPayloadList = new SomePayloadListImpl<>();
PayloadList<String, Integer> integerPayloadList = new SomePayloadListImpl<>();
PayloadList<String, Exception> exceptionPayloadList = new SomePayloadListImpl<>();

• PayloadList<String, String> 是 List<String> 的子類型。
• PayloadList<String, Integer> 是 List<String> 的子類型，盡管它使用了不同的泛型類型參數。
• PayloadList<String, Exception> 也是 List<String> 的子類型，盡管它的第二個類型參數是 Exception。

解釋

這里的核心概念是：只要不改變類型參數之間的相對關系，泛型類型之間就能保留子類型關系。即使我們在泛型接口 PayloadList 中使用不同的類型參數，它們依然可以和 List<String> 保持子類型關系。關鍵是，類型參數 E 的一致性確保了我們可以將 PayloadList<E, P> 類型的對象賦值給 List<E> 類型的變量。

3. 泛型類和接口的類型參數

泛型類和接口的類型參數與它們的子類型關系密切相關。類型參數不僅決定了接口或類的功能，還影響了它們的繼承關系和泛型約束。例如，不能將 PayloadList<String, String> 直接賦值給 PayloadList<Integer, Integer>，即使這兩個類型都繼承自 List<String>，因為它們的第二個類型參數不同。

PayloadList<String, String> list1 = new SomePayloadListImpl<>();
PayloadList<Integer, Integer> list2 = new SomePayloadListImpl<>();// 這將會報錯，因為 list1 和 list2 不是相同類型，即使它們都繼承自 List<String>。
list1 = list2;  // 編譯錯誤，類型參數不同

4. 總結

• 泛型類和接口的子類型化：泛型類或接口的子類型關系由類型參數確定。只要不改變類型參數之間的關系，子類型關系就能保留。例如，ArrayList<String> 是 List<String> 的子類型，而 List<String> 又是 Collection<String> 的子類型。
• 自定義泛型接口：我們可以定義自己的泛型接口，如 PayloadList，并通過不同的類型參數創建不同的子類型。這些子類型之間仍然保持繼承關系。
• 類型參數的關系：泛型類或接口的類型參數決定了它們的繼承關系和可賦值性。類型參數不匹配的泛型類型不能互相賦值。

通過理解這一點，學員可以更好地理解泛型類和接口之間的繼承關系，以及如何自定義泛型接口和確保類型安全。