Kotlin 范型之协变、逆变

简介: Kotlin 范型之协变、逆变

一. 类(Class) 与类型(Type)



Kotlin 中类和类型是不一样的概念。


下图充分展示了它们的区别。

image.png

class vs type.png


二. 型变



型变是指类型转换后的继承关系。


Kotlin 的型变分为逆变、协变和不变。


2.1 协变


如果 A 是 B 的子类型,并且Generic<A> 也是 Generic<B> 的子类型,那么 Generic<T> 可以称之为一个协变类。


2.1.1 Java 上界通配符<? extends T>


Java 的协变通过上界通配符实现。


如果 Dog 是 Animal 的子类,但 List<Dog> 并不是 List<Animal> 的子类。


下面的代码会在编译时报错:

List<Animal> animals = new ArrayList<>();
        List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
        animals = dogs; // incompatible types


而使用上界通配符之后,List<Dog> 变成了 List<? extends Animal> 的子类型。即 animals 变成了可以放入任何 Animal 及其子类的 List。


因此,下面的代码编译是正确的:

List<? extends Animal> animals = new ArrayList<>();
        List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
        animals = dogs;


2.1.2 Kotlin 的关键词 out


上述代码改成 Kotlin 的代码:

fun main() {
    var animals: List<Animal> = ArrayList()
    val dogs = ArrayList<Dog>()
    animals = dogs
}


居然没有编译报错?其实,Kotlin 的 List 跟 Java 的 List 并不一样。


Kotlin 的 List 源码中使用了outout相当于 Java 上界通配符。

public interface List<out E> : Collection<E> {
    override val size: Int
    override fun isEmpty(): Boolean
    override fun contains(element: @UnsafeVariance E): Boolean
    override fun iterator(): Iterator<E>
    override fun containsAll(elements: Collection<@UnsafeVariance E>): Boolean
    public operator fun get(index: Int): E
    public fun indexOf(element: @UnsafeVariance E): Int
    public fun lastIndexOf(element: @UnsafeVariance E): Int
    public fun listIterator(): ListIterator<E>
    public fun listIterator(index: Int): ListIterator<E>
    public fun subList(fromIndex: Int, toIndex: Int): List<E>
}


类的参数类型使用了out之后,该参数只能出现在方法的返回类型。


2.1.3 @UnsafeVariance


但是,Kotlin List 的 contains、containsAll、indexOf 和 lastIndexOf 方法中,入参均出现了范型 E。并且使用 @UnsafeVariance 修饰。


正是由于 @UnsafeVariance 的修饰,打破了刚才的限制,否则会编译报错。


2.2 逆变


如果 A 是 B 的子类型,并且 Generic<B> 是 Generic<A> 的子类型,那么 Generic<T> 可以称之为一个逆变类。


2.2.1 Java 下界通配符<? super T>


Java 的逆变通过下界通配符实现。


下面的代码因为是协变的,无法添加新的对象。编译器只能知道类型是 Animal 的子类,并不能确定具体类型是什么,因此无法验证类型的安全性。

List<? extends Animal> animals = new ArrayList<>();
        animals.add(new Dog()); // compile error


使用下界通配符之后,代码编译通过:

List<? super Animal> animals = new ArrayList<>();
        animals.add(new Dog());


? super Animal 表示 Animal 及其父类 。所以 animals 可以接收所有 Animal 的子类添加至该列表中。


Java 的上界通配符和下界通配符符合 PECS 原则。


PECS 原则即 Producer Extends,Consumer Super 。如果参数化类型是一个生产者,则使用 <? extends T>;如果它是一个消费者,则使用 <? super T>。


其中,生产者表示频繁往外读取数据 T,而不从中添加数据。消费者表示只往里插入数据 T,而不读取数据。


2.2.2 Kotlin 的关键词 in


in相当于 Java 下界通配符。

abstract class Printer<in E> {
    abstract fun print(value: E): Unit
}
class AnimalPrinter: Printer<Animal>() {
    override fun print(animal: Animal) {
        println("this is animal")
    }
}
class DogPrinter : Printer<Dog>() {
    override fun print(dog: Dog) {
        println("this is dog")
    }
}
fun main() {
    val animalPrinter = AnimalPrinter()
    animalPrinter.print(Animal())
    val dogPrinter = DogPrinter()
    dogPrinter.print(Dog())
}


类的参数类型使用了in之后,该参数只能出现在方法的入参。


2.3 不变


默认情况下,Kotlin 中的泛型类是不变的。 这意味着它们既不是协变的也不是逆变的。

例如 MutableList,它可读可写,泛型没有使用inout


三. 总结



本文从 Kotlin 的类、类型引出了型变。介绍了 Kotlin 的协变、协变和不变的概念和特性,以及 Java 的上界通配符、下界通配符。

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