PECS In Java泛型类型通配符限定之＜? extends T＞与＜? super T＞

PECS | 类型通配符限定

PECS原则是指在使用泛型时，当我们需要传递一个泛型集合时，如何选择适当的泛型类型通配符来限制集合中元素的类型。

这个原则有两个部分：

第一部分：“Producer Extends”，表示如果一个集合中的元素将被频繁读取而不是修改，那么我们应该使用限定类型通配符“<? extends T>”。这是因为如果我们使用非限定的类型参数 T，我们只能够保证集合中的元素是 T 类型，而不能保证它们的子类类型。但如果我们使用“<? extends T>”，我们可以确保集合中的元素类型是 T 或其子类，因此我们可以安全地从集合中读取元素并使用它们。

第二部分：“Consumer Super”，表示如果一个集合中的元素将被经常插入而不是读取，那么我们应该使用“<? super T>”通配符。这是因为使用非限定类型参数 T 时，我们只能保证集合中的元素类型是 T 或其父类类型，而不能保证它们是 T 类型或其子类类型。但如果我们使用“<? super T>”，我们可以安全地将类型为 T 或其子类类型的元素插入到集合中，因为这些元素都是 T 类型或其父类类型。

因此，PECS原则帮助我们选择适当的泛型类型通配符，以确保我们在使用泛型时能够正确地读取或修改集合中的元素，从而增强代码的可读性和可维护性。

如何使用“<? extends T>”和“<? super T>”通配符

假设我们有一个 Animal 类型和它的两个子类 Dog 和 Cat：

class Animal {}
class Dog extends Animal {}
class Cat extends Animal {}

现在我们有一个方法，接受一个 Animal 类型的集合，并返回其中最后一个元素。我们可以这样实现该方法：

public static <T> T getLast(List<T> list) {if (list.isEmpty()) {return null;} else {return list.get(list.size() - 1);}
}

这个方法可以接受一个 Animal 类型的集合，但我们也可以使用限定类型通配符“<? extends T>”，来表示集合中的元素类型是 T 或其子类类型。这样我们就可以调用这个方法来获取一个元素类型为 Dog 或 Cat 的集合的最后一个元素：

List<Dog> dogs = Arrays.asList(new Dog(), new Dog());
Dog lastDog = getLast(dogs);List<Cat> cats = Arrays.asList(new Cat(), new Cat());
Cat lastCat = getLast(cats);

这里使用“<? extends T>”通配符，允许我们将 List 和 List 都传递给 getLast 方法，因为它们都是 Animal 类型的子类。

另一个示例是，假设我们有一个方法，接受一个 Animal 类型的集合和一个 Animal 类型的元素，将元素插入集合的最前面：

public static void insertFirst(List<? super Animal> list, Animal animal) {list.add(0, animal);
}

这个方法使用“<? super T>”通配符，表示集合中的元素类型是 T 或其父类类型。这样我们就可以调用这个方法来将一个类型为 Dog 或 Cat 的元素插入到一个类型为 Animal 的集合中：

List<Animal> animals = new ArrayList<>();
Dog dog = new Dog();
insertFirst(animals, dog);Cat cat = new Cat();
insertFirst(animals, cat);

这里使用“<? super Animal>”通配符，允许我们将 Animal、Dog、Cat 都插入到类型为 Animal 的集合中，因为它们都是 Animal 类型或其子类类型。

java源码示例

有一些 Java 标准库中的方法使用了“<? extends T>”和“<? super T>”通配符同时出现。一个经典的例子是 Collections.copy 方法，它将一个集合的内容复制到另一个集合中：

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {int srcSize = src.size();if (srcSize > dest.size()) {throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");}for (int i = 0; i < srcSize; i++) {dest.set(i, src.get(i));}
}

在这个方法中，我们同时使用了“<? super T>”和“<? extends T>”通配符，因为我们需要同时支持将元素类型为 T 或其子类类型的源集合复制到元素类型为 T 或其父类类型的目标集合中。

通过使用“<? extends T>”通配符来限制源集合的元素类型，我们可以确保源集合中的元素类型是 T 或其子类类型。通过使用“<? super T>”通配符来限制目标集合的元素类型，我们可以确保目标集合中的元素类型是 T 或其父类类型。这样，即使源集合的元素类型是目标集合元素类型的子类，我们也可以安全地将源集合中的元素复制到目标集合中。

以下是使用 Collections.copy 方法的示例代码：

List<Animal> animals = new ArrayList<>(Arrays.asList(new Animal(), new Animal()));
List<Dog> dogs = Arrays.asList(new Dog(), new Dog());
Collections.copy(animals, dogs);

在这个示例中，我们将一个元素类型为 Dog 的集合复制到一个元素类型为 Animal 的集合中。由于我们在 copy 方法中使用了“<? super T>”和“<? extends T>”通配符，所以我们可以正确地将元素类型为 Dog 的集合复制到元素类型为 Animal 的集合中。