一尘不染

通用方法上的多个通配符使Java编译器

java

让我们首先考虑一个简单的场景(请参阅ideone.com上的完整源代码):

import java.util.*;

public class TwoListsOfUnknowns {
    static void doNothing(List<?> list1, List<?> list2) { }

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = null;
        List<Integer> list2 = null;
        doNothing(list1, list2); // compiles fine!
    }
}

这两个通配符是无关的,这就是为什么你可以doNothing使用a List<String>和a 进行调用的原因List<Integer>。换句话说,两者?可以指完全不同的类型。因此,以下内容无法编译,这是可以预期的(同样在ideone.com上):

import java.util.*;

public class TwoListsOfUnknowns2 {
    static void doSomethingIllegal(List<?> list1, List<?> list2) {
        list1.addAll(list2); // DOES NOT COMPILE!!!
            // The method addAll(Collection<? extends capture#1-of ?>)
            // in the type List<capture#1-of ?> is not applicable for
            // the arguments (List<capture#2-of ?>)
    }
}

到目前为止,一切都很好,但是这里的事情开始变得非常混乱(如ideone.com所示):

import java.util.*;

public class LOLUnknowns1 {
    static void probablyIllegal(List<List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // this compiles!! how come???
    }
}

上面的代码可以在Eclipse和sun-jdk-1.6.0.17ideone.com 上为我编译,但是可以吗?我们不可能有一个List<List<Integer>>lol和一个List<String> list类似的两个不相关的通配符情况TwoListsOfUnknowns吗?

实际上,朝该方向进行的以下轻微修改无法编译,这是可以预期的(如ideone.com所示):

import java.util.*;

public class LOLUnknowns2 {
    static void rightfullyIllegal(
            List<List<? extends Number>> lol, List<?> list) {

        lol.add(list); // DOES NOT COMPILE! As expected!!!
            // The method add(List<? extends Number>) in the type
            // List<List<? extends Number>> is not applicable for
            // the arguments (List<capture#1-of ?>)
    }

}

因此,看起来编译器正在完成其工作,但随后我们得到了此结果(如ideone.com所示):

import java.util.*;

public class LOLUnknowns3 {
    static void probablyIllegalAgain(
            List<List<? extends Number>> lol, List<? extends Number> list) {

        lol.add(list); // compiles fine!!! how come???
    }
}

同样,我们可能有例如a List<List<Integer>> lola List<Float> list,所以不应该编译,对吗?

实际上,让我们回到较简单的示例LOLUnknowns1(两个无界通配符),并尝试看看我们是否实际上可以probablyIllegal以任何方式调用。让我们先尝试“简单”情况,然后为两个通配符选择相同的类型(如ideone.com所示):

import java.util.*;

public class LOLUnknowns1a {
    static void probablyIllegal(List<List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // this compiles!! how come???
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<List<String>> lol = null;
        List<String> list = null;
        probablyIllegal(lol, list); // DOES NOT COMPILE!!
            // The method probablyIllegal(List<List<?>>, List<?>)
            // in the type LOLUnknowns1a is not applicable for the
            // arguments (List<List<String>>, List<String>)
    }
}

这没有道理!在这里,我们甚至没有尝试使用两种不同的类型,并且它不会编译!使其成为,List<List<Integer>> lol并且List<String> list还会给出类似的编译错误!实际上,根据我的实验,代码的唯一编译方式是第一个参数是显式null类型(如ideone.com所示):

import java.util.*;

public class LOLUnknowns1b {
    static void probablyIllegal(List<List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // this compiles!! how come???
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = null;
        probablyIllegal(null, list); // compiles fine!
            // throws NullPointerException at run-time
    }
}

所以,问题是,关于LOLUnknowns1,LOLUnknowns1a和LOLUnknowns1b:

probablyIllegal接受哪些类型的参数?
应该lol.add(list);编译吗?它是类型安全的吗?
这是编译器错误还是我误解了通配符的捕获转换规则?
附录A:双重大声笑?
万一有人好奇,可以很好地编译(如ideone.com上所示):

import java.util.*;

public class DoubleLOL {
    static void omg2xLOL(List<List<?>> lol1, List<List<?>> lol2) {
        // compiles just fine!!!
        lol1.addAll(lol2);
        lol2.addAll(lol1);
    }
}

附录B:嵌套通配符-它们的真正含义是什么???
进一步的调查表明,也许多个通配符与问题无关,但是嵌套的通配符是造成混淆的原因。

import java.util.*;

public class IntoTheWild {

    public static void main(String[] args) {
        List<?> list = new ArrayList<String>(); // compiles fine!

        List<List<?>> lol = new ArrayList<List<String>>(); // DOES NOT COMPILE!!!
            // Type mismatch: cannot convert from
            // ArrayList<List<String>> to List<List<?>>
    }
}

因此,看起来a List<List<String>>不是List<List<?>>。实际上,尽管any List<E>a List<?>,但看起来并不像any List<List<E>>a List<List<?>>(如ideone.com所示):

import java.util.*;

public class IntoTheWild2 {
    static <E> List<?> makeItWild(List<E> list) {
        return list; // compiles fine!
    }
    static <E> List<List<?>> makeItWildLOL(List<List<E>> lol) {
        return lol;  // DOES NOT COMPILE!!!
            // Type mismatch: cannot convert from
            // List<List<E>> to List<List<?>>
    }
}

于是出现了一个新问题:什么是List<List<?>>


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2020-03-05

共1个答案

一尘不染

如附录B所示,这与多个通配符无关,而是误解了List<List<?>>真正的含义。

让我们首先提醒自己,Java泛型是不变的意味着什么:

  1. An Integer is a Number
  2. A List<Integer> is NOT a List<Number>
  3. A List<Integer> IS a List<? extends Number>

现在,我们简单地将相同的参数应用于嵌套列表情况(有关更多详细信息,请参见附录):

  1. List<String> is (captureable by) a List<?>
  2. A List<List<String>> is NOT (captureable by) a List<List<?>>
  3. A List<List<String>> IS (captureable by) a List<? extends List<?>>

有了这种理解,就可以解释问题中的所有片段。所以产生了困惑中(错误地)认为像一个类型List<List<?>>可以捕获类型,如List<List<String>>,List<List<Integer>>等,这是不正确的。

List<List<?>>

是不是一个列表,其元素是某一个未知类型的列表。
…那将是一个 List<? extends List<?>>
相反,它是一个列表,其元素是ANY类型的列表。
片段
以下是说明以上几点的代码段:

List<List<?>> lolAny = new ArrayList<List<?>>();

lolAny.add(new ArrayList<Integer>());
lolAny.add(new ArrayList<String>());

// lolAny = new ArrayList<List<String>>(); // DOES NOT COMPILE!!

List<? extends List<?>> lolSome;

lolSome = new ArrayList<List<String>>();
lolSome = new ArrayList<List<Integer>>();

更多片段
这是有界嵌套通配符的另一个示例:

List<List<? extends Number>> lolAnyNum = new ArrayList<List<? extends Number>>();

lolAnyNum.add(new ArrayList<Integer>());
lolAnyNum.add(new ArrayList<Float>());
// lolAnyNum.add(new ArrayList<String>());     // DOES NOT COMPILE!!

// lolAnyNum = new ArrayList<List<Integer>>(); // DOES NOT COMPILE!!

List<? extends List<? extends Number>> lolSomeNum;

lolSomeNum = new ArrayList<List<Integer>>();
lolSomeNum = new ArrayList<List<Float>>();
// lolSomeNum = new ArrayList<List<String>>(); // DOES NOT COMPILE!!

回到问题
回到问题中的代码片段,以下行为符合预期(如ideone.com所示):

public class LOLUnknowns1d {
    static void nowDefinitelyIllegal(List<? extends List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // DOES NOT COMPILE!!!
            // The method add(capture#1-of ? extends List<?>) in the
            // type List<capture#1-of ? extends List<?>> is not 
            // applicable for the arguments (List<capture#3-of ?>)
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = null;
        List<List<String>> lolString = null;
        List<List<Integer>> lolInteger = null;

        // these casts are valid
        nowDefinitelyIllegal(lolString, list);
        nowDefinitelyIllegal(lolInteger, list);
    }
}

lol.add(list);是非法的,因为我们可能有List<List<String>> lolList<Object> list。实际上,如果我们注释掉有问题的语句,则代码会编译,而这正是我们在中首次调用时所拥有的main。

问题中的所有probablyIllegal方法都不是非法的。它们都是完全合法和类型安全的。编译器中绝对没有错误。它确实在做应该做的事情。

2020-03-05