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Kotlin学习(十一): 泛型(Generics)

《Kotlin学习(十一): 泛型(Generics)》

Interoperable

泛型,即“参数化类型”,顾名思义,就是将类型由原来的具体的类型参数化,类似于方法中的变量参数,此时类型也定义成参数形式(可以称之为类型形参),然后在使用/调用时传入具体的类型(类型实参)。

接下来学习Kotlin中的泛型,Kotlin的泛型为类型安全提供保证,相比与Java更安全。

泛型

在Java中经常会用到泛型:

class Box<T>{
    private T var ; 
}
// 使用
Box<String> box = new Box<String>();

与Java一样,Kotlin中也用到了泛型:

class Box<T>(t: T) {
    var value = t
}
// 使用
val box: Box<Int> = Box<Int>(1)

与Java不一样的是,Kotlin在可以推断出参数的情况下,如在构造函数参数上推测出等等,可是省去类型,如上面创建的实例传入的1是Int类型:

val box = Box(1)

而在Java中是不能这样做。

变异(Variance)

在这里我们先来了解下Java泛型中的通配符,在Effective Java中Item 28中写到: Use bounded wildcards to increase API flexibility,意思是使用通配符为了提高API的使用灵活性。
Java中使用?来表示通配符:

    public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) {
        Object[] array = list.toArray();
        Arrays.sort(array);
        int i = 0;
        ListIterator<T> it = list.listIterator();
        while (it.hasNext()) {
            it.next();
            it.set((T) array[i++]);
        }
    }

在Java中,泛型是不可变的,如List<String>不是List<Object>的子类:

List<String> strs = new ArrayList<String>();
List<Object> objs = strs; // 这是错误的,类型不匹配

如果上面的操作是正确的,那么会在使用时造成类型不匹配的问题:

objs.add(1); // 添加一个int类型到String的List里面
String s = strs.get(0); // 会报ClassCastException: Cannot cast Integer to String的错误

所以Java的泛型会被设计成不可变的类型,就是为了确保运行时类型安全,但是这样同样会带来一些影响。
举个例子,定义一个泛型接口Collection,里面有addAll()方法:

interface Collection<E> ... {
    void addAll(Collection<E> items);
}

由于Java的泛型是不可变的,所以下面的代码是做不到的:

void copyAll(Collection<Object> to, Collection<String> from) {
     to.addAll(from); // 这是错误的,Collection<String>不是Collection<Object>的子类
}

为了解决上面的问题,Java中使用了类型通配符方式,如? extends T表示TT的子类参数都可以使用,所以CollectionaddAll()方法是这样写的:

interface Collection<E> ... {
    void addAll(Collection<? extends E> items);
}

同样的原理,在上面的代码可以改成这样:

List<String> strs = new ArrayList<String>();
strs.add("0");
objs.add("1"); 
List<? extends Object> objs = strs; // OK

PECS

PECS stands for Producer-Extends,Consumer-Super,具体的可以参考PECS

  • 通配符上界,只能从中读取元素,不能添加元素,称为生产者(Producers),用<? extends T>表示。
  • 通配符下界,只能添加元素,不能直接读取下界类型的元素,称为消费者(Consumers),用<? super T>表示。

通配符上界

<? extends T>(T表示通配符的上界),表示可以接收T以及T的子类参数,也就是说可以安全的读取到T的实例,事实上所有的集合元素都是T的子类的实例,但不能向其添加元素,因为没法确定添加的实例类型跟定义的类型是否匹配,举个栗子:

List<String> strs = new ArrayList<String>();
strs.add("0");
strs.add("1");
List<? extends Object> objs = strs;
// 上面说过这样是可以
objs.get(0); // 可以获取
// 但是再添加一个int类型的话
objs.add(1); // 报错
《Kotlin学习(十一): 泛型(Generics)》

objs.add(1)
// 再添加一个String类型
objs.add("1"); // 同样会报错
《Kotlin学习(十一): 泛型(Generics)》

objs.add(“1”)

上面的例子说明了objs可以读取值,但是再往objs里面添加值的时候,就会出错,没法确定添加的实例类型跟定义的类型是否匹配。

这种wildcard是通过继承一个范围类(extends-bound),也就是通配符上界(upper bound)来实现类型协变。

通配符下界

那么有通配符上界<? extends T>,自然就会有下界,<? super T>,其中T就表示通配符的下界。
举个栗子:Collection<? super String>Collection<String>的父类型,所以可以直接addset,但是get的时候获取到的类型是Object而不是String类型。

List<String> strs = new ArrayList<String>();
strs.add("0");
strs.add("1");
List<? super String> objs = strs;
objs.add("1");
objs.set(0, "2");
Object s = objs.get(0);

在Kotlin中,并没有上面的机制,而是通过Declaration-site varianceType projections来执行的。

声明位置变异(Declaration-site variance)

声明位置变异:通过将参数T注解成只能作为返回值,不能作为传入参数;使用out关键字标识。
首先我们来看一下,在Java中,

interface Source<T> {
    public T nextT();
}
public void demo(Source<String> strs){
    Source<Object> objs = strs; // 在Java中是不允许的
    // 正确方式为
    // Source<? extends Object> objs = strs;
}

在Kotlin中,使用声明位置变异来解决这种问题:

abstract class Source<out T> {
    // 使用out的话,T只能作为返回值
    abstract fun nextT(): T
    // 不能作为传入参数,下面会报错
    // abstract fun add(value: T)
}

fun demo(strs: Source<String>) {
    val objects: Source<Any> = strs
}

out就有ininout互补,它使类型参数逆变contravariant,只能作为传入参数,不能作为返回值:

abstract class Source<in T> {
    // 使用in的话,只能作为传入参数,不能作为返回值
    // abstract fun nextT(): T
    abstract fun add(value: T)
}

fun demo(strs: Source<Number>) {
    val objects: Source<Double> = strs // Double是Number的子类型
}

总结一下,当一个泛型类C,包含out关键字的时候,等同于Java的extends,将类C称为T的协变类,T只能作为该类中函数的返回类型,不能作为参数传递进来,也可以称类CT的生产者(Producer)。

同理,当包含in关键字的时候,等同于Java的super,将类C称为T的逆变类,T只能作为该类中函数的参数传递进来,不能作为返回类型,也可以称类C为T的消费者(Consumer)。

可以将上面两段话总结成:

Consumer in, Producer out!

fun copy(from: Array<out String>, to: Array<in String>) {
    assert(from.size == to.size)
    for (i in from.indices)
         to[i] = from[i]
}
// 等同于
public void copy(List<? extends String> from, List<? super String> to) { ... }

Star-projections

在Kotlin中,定义一个该泛型类型的推测projection类型,使泛型类型的每一个具体实例应该是推测projection类型的子类型,称之为Star-projections,语法为:

  • 对于Foo<out T>T是一个协变类型参数,可以知道Foo<*>是与之相等的,当T不可知时,可以安全的读取到T,可以通过Foo<*>得到T
  • 对于Foo<In T>T是一个逆变类型参数,可以知道Foo<*>等同于Foo<in Nothing>,当T不可知时,不能在Foo<*>里面添加元素。
  • 对于Foo<T>T是一个不变类型参数,当从中读取数据时Foo<*>同等于Foo<out T>;当向其添加数据时,Foo<*>等同于Foo<in Nothing>

举个栗子,一个泛型定义interface Function<in T, out U>

  1. Function<*, String>等同于什么?
    等同于Function<in Nothing, String>
  2. Function<Int, *>等同于什么?
    等同于Function<Int, out Any?>
  3. Function<*, *>等同于什么?
    等同于Function<in Nothing, out Any?>

泛型函数(Generic functions)

Kotlin同样支持泛型函数:

fun <T> singletonList(item: T): List<T> {
    // ...
}

fun <T> T.basicToString() : String {  // extension function
    // ...
}

使用的时候,在函数名称后面指定具体的类型参数:

val l = singletonList<Int>(1)

泛型约束(Generic constraints)

Upper bounds

Kotlin的泛型约束和类的继承一样,使用:代替extends对泛型的的类型上界进行约束:

class SwipeRefreshableView<T : View>{}

同时Kotlin支持多个类型的上界约束,,使用where关键字:

class SwipeRefreshableView<T>
    where T : View,
          T : Refreshable {
}
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