为什么多态性不以同样的方式处理泛型集合和普通数组？

假设类 Dog 扩展类 Animal：为什么不允许这种多态语句：

List<Animal> myList = new ArrayList<Dog>();

但是，允许使用纯数组：

Animal[] x=new Dog[3];

这样做的原因基于 Java 如何实现泛型。

数组示例

使用数组，您可以做到这一点（数组是协变的，正如其他人所解释的那样）

Integer[] myInts = {1,2,3,4};
Number[] myNumber = myInts;

但是，如果您尝试这样做会发生什么？

Number[0] = 3.14; //attempt of heap pollution

最后一行可以很好地编译，但是如果您运行此代码，则可以获得ArrayStoreException。因为您正在尝试将双精度放入整数数组中（无论是否通过数字引用访问）。

这意味着您可以欺骗编译器，但不能欺骗运行时类型系统。之所以如此，是因为数组是我们所说的可重演类型。这意味着在运行时Java知道这个数组实际上是被实例化为整数数组的，它恰好通过类型Number[]的引用进行访问。

所以，正如你所看到的，一件事是对象的实际类型，另一件事是你用来访问它的引用的类型，对吧？

Java 泛型的问题

现在，Java 泛型类型的问题是类型信息被编译器丢弃，并且在运行时不可用。此过程称为类型擦除。在 Java 中实现这样的泛型是有充分理由的，但这是一个很长的故事，它与与预先存在的代码的二进制兼容性有关。

但这里重要的一点是，由于在运行时没有类型信息，因此无法确保我们不会进行堆污染。

例如

List<Integer> myInts = new ArrayList<Integer>();
myInts.add(1);
myInts.add(2);
List<Number> myNums = myInts; //compiler error
myNums.add(3.14); //heap polution

如果 Java 编译器没有阻止您执行此操作，则运行时类型系统也无法阻止您，因为在运行时无法确定此列表应该只是整数列表。Java 运行时会允许您将所需的任何内容放入此列表中，当它应该只包含整数时，因为当它被创建时，它被声明为整数列表。

因此，Java的设计者确保你不能欺骗编译器。如果你不能欺骗编译器（就像我们可以对数组所做的那样），你也不能欺骗运行时类型系统。

因此，我们说泛型类型是不可复制的。

显然，这会阻碍多态性。请考虑以下示例：

static long sum(Number[] numbers) {
   long summation = 0;
   for(Number number : numbers) {
      summation += number.longValue();
   }
   return summation;
}

现在你可以像这样使用它：

Integer[] myInts = {1,2,3,4,5};
Long[] myLongs = {1L, 2L, 3L, 4L, 5L};
Double[] myDoubles = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
System.out.println(sum(myInts));
System.out.println(sum(myLongs));
System.out.println(sum(myDoubles));

但是，如果您尝试使用泛型集合实现相同的代码，您将不会成功：

static long sum(List<Number> numbers) {
   long summation = 0;
   for(Number number : numbers) {
      summation += number.longValue();
   }
   return summation;
}

如果您尝试...

List<Integer> myInts = asList(1,2,3,4,5);
List<Long> myLongs = asList(1L, 2L, 3L, 4L, 5L);
List<Double> myDoubles = asList(1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0);
System.out.println(sum(myInts)); //compiler error
System.out.println(sum(myLongs)); //compiler error
System.out.println(sum(myDoubles)); //compiler error

解决方案是学习使用 Java 泛型的两个强大功能，即协方差和逆变。

协方差

使用协方差，您可以从结构中读取项目，但不能在其中写入任何内容。所有这些都是有效的声明。

List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Integer>();
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Float>()
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Double>()

您可以从myNums中阅读：

Number n = myNums.get(0);

因为您可以确定，无论实际列表包含什么内容，它都可以向上转换为数字（毕竟任何扩展数字的东西都是数字，对吧？

但是，您不允许将任何东西放入协变结构中。

myNumst.add(45L); //compiler error

这是不允许的，因为Java无法保证泛型结构中对象的实际类型是什么。它可以是扩展 Number 的任何内容，但编译器无法确定。所以你可以读，但不能写。

逆变

有了逆变，你可以做相反的事情。你可以把东西放到一个通用的结构中，但你不能从中读出。

List<Object> myObjs = new List<Object();
myObjs.add("Luke");
myObjs.add("Obi-wan");
List<? super Number> myNums = myObjs;
myNums.add(10);
myNums.add(3.14);

在这种情况下，对象

的实际性质是一个对象列表，通过逆变，你可以把数字放进去，基本上是因为所有数字都有对象作为它们的共同祖先。因此，所有数字都是对象，因此这是有效的。

但是，假设你会得到一个数字，你不能安全地从这个逆变结构中读取任何内容。

Number myNum = myNums.get(0); //compiler-error

如您所见，如果编译器允许您编写此行，您将在运行时获得 ClassCastException。

获取/放置原则

因此，当您只打算从结构中取出泛型值

时，请使用协方差;当您只打算将泛型值放入结构时，请使用逆变;当您打算同时执行这两项操作时，请使用确切的泛型类型。

我有的最好的例子是下面的，它将任何类型的数字从一个列表复制到另一个列表。它只从源头获取物品，并且只将物品放入命运中。

public static void copy(List<? extends Number> source, List<? super Number> destiny) {
    for(Number number : source) {
        destiny.add(number);
    }
}

由于协方差和逆变的力量，这适用于这样的情况：

List<Integer> myInts = asList(1,2,3,4);
List<Double> myDoubles = asList(3.14, 6.28);
List<Object> myObjs = new ArrayList<Object>();
copy(myInts, myObjs);
copy(myDoubles, myObjs);

数组在两个重要方面与泛型类型不同。首先，数组是协变的。这个听起来很吓人的词的意思很简单，如果Sub是Super的子类型，那么数组类型 Sub[] 是 Super[] 的子类型。相比之下，泛型是不变的：对于任何两个不同的类型 Type1 和 Type2，List 既不是子类型也不是列表<类型2>的超类型。

[..]数组和泛型之间的第二个主要区别是数组是具体化 [JLS， 4.7]。这意味着数组知道并强制执行其元素类型在运行。

[..]相比之下，泛型是通过擦除实现的 [JLS， 4.6]。这意味着它们仅在编译时强制执行其类型约束时间并在运行时丢弃（或删除）其元素类型信息。擦除是什么允许泛型类型与不使用的遗留代码自由互操作仿制药（项目23）。由于这些根本差异，数组和泛型不会混合井。例如，创建泛型类型的数组是非法的，参数化类型或类型参数。这些数组创建表达式都不合法：新 List[]， new List[]， new E[].所有这些都将导致创建泛型数组编译时出错。[..]

Prentice Hall - Effective Java 2nd Edition

这很有趣。我不能告诉你答案，但如果你想把狗列表放到动物列表中，这行得通：

List<Animal> myList = new ArrayList<Animal>();
myList.addAll(new ArrayList<Dog>());

对集合版本进行编码以便编译的方法是：

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

数组不需要这样做的原因是由于类型擦除 - 非原语数组都是Object[]的，Java 数组不是类型化类（就像集合一样）。该语言从来都不是为了迎合它而设计的。

数组和泛型不会混合。

List<Animal> myList = new ArrayList<Dog>();

是不可能的，因为在这种情况下，您可以将猫放入狗中：

private void example() {
    List<Animal> dogs = new ArrayList<Dog>();
    addCat(dogs);
    // oops, cat in dogs here
}
private void addCat(List<Animal> animals) {
    animals.add(new Cat());
}

另一方面

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

是可能的，但在这种情况下，您不能将方法与泛型参数一起使用（仅接受 null）：

private void addCat(List<? extends Animal> animals) {
    animals.add(null);      // it's ok
    animals.add(new Cat()); // compilation error here
}

最终的答案是这样，因为Java是这样指定的。更准确地说，因为这是Java^{规范演变的方式}*。

我们不能说Java设计师的实际想法是什么，但请考虑一下：

List<Animal> myList = new ArrayList<Dog>();
myList.add(new Cat());   // compilation error

对

Animal[] x = new Dog[3];
x[0] = new Cat();        // runtime error

此处将引发的运行时错误为 ArrayStoreException 。这可能会被抛到任何非基元数组的任何赋值上。

有人可能会说 Java 对数组类型的处理是错误的......因为上面这样的例子。

^{* 请注意，Java 数组的类型是在 Java 1.0 之前指定的，但泛型类型仅在 Java 1.5 中添加。 Java 语言有一个向后兼容性的总体元要求;即语言扩展不应该破坏旧代码。除此之外，这意味着无法修复历史错误，例如数组类型的工作方式。（假设它被接受是一个错误...}

在泛型类型方面，类型擦除 des 不解释编译错误。编译错误实际上是由于使用未擦除的泛型类型进行编译类型检查而发生的。

事实上，你可以通过使用取消选中的类型转换（忽略警告）来破坏编译错误，并最终导致你的ArrayList<Dog>在运行时实际包含Cat对象。（这是类型擦除的结果！但请注意，使用未经检查的转换来颠覆编译错误可能会导致在意想不到的地方出现运行时错误......如果你弄错了。这就是为什么这是一个坏主意。

在泛型出现之前，编写可以对任意类型数组进行排序的例程需要能够（1）以协变方式创建只读数组并以与类型无关的方式交换或重新排列元素，或（2）以协变方式创建可以安全读取的读写数组，并且可以使用以前从同一数组读取的内容安全地写入，或（3）让数组提供一些与类型无关的元素比较方法。如果从一开始就在语言中包含协变和逆变泛型接口，则第一种方法可能是最好的，因为它可以避免在运行时执行类型检查的需要以及此类类型检查失败的可能性。尽管如此，由于不存在这种泛型支持，因此除了基类型的数组之外，没有派生类型数组可以明智地强制转换为任何内容。

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