为什么我们需要有界通配符 <?在 Collections.max() 方法中扩展 T>

Question

我读过 Joshua Bloch 的精彩“Effective Java”。但是书中的一个例子让我不清楚。它取自关于泛型的章节，确切的项目是“第 28 条：使用有界通配符提高 API 灵活性”。

在这个项目中，它展示了如何编写使用有界类型参数和有界通配符类型从集合中选择最大元素的算法的最通用和防弹（从类型系统的角度来看）版本。

编写的静态方法的最终签名如下所示：

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list)

它与标准库中的Collections#max 函数基本相同。

public static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> coll) 

我明白为什么我们在T extends Comparable<? super T> 类型约束中需要有界通配符，但是在参数的类型中真的有必要吗？在我看来，如果我们只留下List<T> 或Collection<T>，那将是一样的，不是吗？我的意思是这样的：

public static <T extends Comparable<? super T>> T wrongMin(Collection<T> xs)

我编写了以下使用两种签名的愚蠢示例，但没有发现任何差异：

public class Algorithms {
    public static class ColoredPoint extends Point {
        public final Color color;

        public ColoredPoint(int x, int y, Color color) {
            super(x, y);
            this.color = color;
        }
        @Override
        public String toString() {
            return String.format("ColoredPoint(x=%d, y=%d, color=%s)", x, y, color);
        }
    }

    public static class Point implements Comparable<Point> {
        public final int x, y;

        public Point(int x, int y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
        @Override
        public String toString() {
            return String.format("Point(x=%d, y=%d)", x, y);
        }
        @Override
        public int compareTo(Point p) {
            return x != p.x ? x - p.x : y - p.y;
        }
    }

    public static <T extends Comparable<? super T>> T min(Collection<? extends T> xs) {
        Iterator<? extends T> iter = xs.iterator();
        if (!iter.hasNext()) {
            throw new IllegalArgumentException("Collection is empty");
        }
        T minElem = iter.next();
        while (iter.hasNext()) {
            T elem = iter.next();
            if (elem.compareTo(minElem) < 0) {
                minElem = elem;
            }
        }
        return minElem;
    }

    public static <T extends Comparable<? super T>> T wrongMin(Collection<T> xs) {
        return min(xs);
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<ColoredPoint> points = Arrays.asList(
                new ColoredPoint(1, 2, Color.BLACK),
                new ColoredPoint(0, 2, Color.BLUE),
                new ColoredPoint(0, -1, Color.RED)
        );
        Point p1 = wrongMin(points);
        Point p2 = min(points);
        System.out.println("Minimum element is " + p1);
    }

那么你能举个例子说明这种简化的签名是不可接受的吗？

附：为什么官方实现中有T extends Object？

回答

好吧，感谢@Bohemian，我已经设法弄清楚它们之间的区别。

考虑以下两种辅助方法

private static void expectsPointOrColoredPoint(Point p) {
    System.out.println("Overloaded for Point");
}

private static void expectsPointOrColoredPoint(ColoredPoint p) {
    System.out.println("Overloaded for ColoredPoint");
}

当然，对超类及其子类都重载方法不是很聪明，但它让我们看看实际推断出哪种类型的返回值（points 和以前一样是List<ColoredPoint>）。

expectsPointOrColoredPoint(min(points));     // print "Overloaded for ColoredPoint"
expectsPointOrColoredPoint(wrongMin(points)); // print "Overloaded for ColoredPoint"

对于这两种方法，推断类型都是ColoredPoint。

有时您希望明确传递给重载函数的类型。您可以通过以下几种方式做到这一点：

你可以投：

expectsPointOrColoredPoint((Point) min(points));     // print "Overloaded for Point"
expectsPointOrColoredPoint((Point) wrongMin(points)); // print "Overloaded for Point"

还是没有区别……

或者你可以告诉编译器应该使用语法推断什么类型class.<type>method：

expectsPointOrColoredPoint(Algorithms.<Point>min(points));     // print "Overloaded for Point"
expectsPointOrColoredPoint(Algorithms.<Point>wrongMin(points)); // will not compile

啊哈！这是答案。 List<ColoredPoint> 不能传递给期望 Collection<Point> 的函数，因为泛型不是协变的（与数组不同），但可以传递给期望 Collection<? extends Point> 的函数。

我不确定在这种情况下在哪里或谁可能更喜欢使用显式类型参数，但至少它显示了wrongMin 可能不合适的地方。

感谢@erickson 和@tom-hawtin-tackline 就T extends Object 约束的目的提供答案。

Answer 1

不同之处在于返回的类型，尤其是受推理的影响，因此该类型可能是在 Comparable 类型和List 类型之间分层的类型。举个例子吧：

class Top {
}
class Middle extends Top implements Comparable<Top> {
    @Override
    public int compareTo(Top o) {
        // 
    }
}
class Bottom extends Middle {
}

使用您提供的签名：

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list)

我们可以在没有错误、警告或（重要的）强制转换的情况下编写代码：

List<Bottom> list;
Middle max = max(list); // T inferred to be Middle

如果您需要Middle 结果，无需推理，您可以显式键入对Middle 的调用：

 Comparable<Top> max = MyClass.<Middle>max(list); // No cast

或传递给接受Middle 的方法（推理不起作用）

someGenericMethodThatExpectsGenericBoundedToMiddle(MyClass.<Middle>max(list));

---

我不知道这是否有帮助，但为了说明编译器允许/推断的类型，签名看起来像这样（当然不是这样编译）：

public static <Middle extends Comparable<Top>> Middle max(List<Bottom> list)

Answer 2

两者的区别

T max(Collection<? extends T> coll)

和

T wrongMax(Collection<T> xs)

就是第二个版本的返回类型和集合的元素类型T完全一样，而在第一个版本T可以是元素类型的超类型。

第二个问题：T extends Object的原因是确保T是一个类而不是一个接口。

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更新：更“自然”的差异演示：假设您定义了这两种方法：

static void happy(ColoredPoint p, Point q) {}
static void happy(Point p, ColoredPoint q) {}

然后像这样称呼第一个他们：

happy(coloredPoint, min(points));
happy(coloredPoint, wrongMin(points));

类型推断引擎可以推断出在第一次调用中min 的返回类型应该是Point，并且代码会编译。第二次调用将无法编译，因为对 happy 的调用不明确。

不幸的是，类型推断引擎至少在 Java 7 中还不够强大，因此实际上这两个调用都无法编译。不同之处在于，第一次调用可以通过指定类型参数来修复，如Algorithms.<Point>min，而修复第二次调用需要显式转换。

Answer 3

这不是一件容易的事，但我会尽量具体：

在T max(Collection<? extends T> coll) 你可以传递这样的参数List<Animal> or List<Cat> or List<Dog>， 在T wrongMax(Collection<T> xs) 其中 T 是 Animal 你不能作为参数传递 this List<Dog>, List<Cat> 当然在运行时你可以在List<Animal> 中添加 Cat 或 Dog 对象，但在编译时你将无法在列表的类型中传递 Animal 的子类作为参数在 wrongMax 中传递另一方面，在 max 方法中你可以。对不起我的英语，我还在学习它:)，问候。