引子

南尘很久没有写文章啦，其实一直在思考挺多问题，如何才能写出对大家有价值的文字。思来想去，参看了好几位新继网红博主的风格，我觉得我时候开启新篇章了。没错，这就是扫盲。

今天，就带来扫盲的第一篇：Kotlin 的泛型。

相信总是有很多同学，总是在抱怨泛型无论怎么学习，都只是停留在一个简单使用的水平，所以一直为此而备受苦恼。

Kotlin 作为一门能和 Java 相互调用的语言，自然也支持泛型，不过 Kotlin 的新关键字 in 和 out 却总能绕晕一部分人，归根结底，还是因为 Java 的泛型基本功没有足够扎实。

很多同学总是会产生这些疑问：

• Kotlin 泛型和 Java 泛型到底有何区别？
• Java 泛型存在的意义到底是什么？
• Java 的类型擦除到底是指什么？
• Java 泛型的上界、下界、通配符到底有何区别？它们可以实现多重限制么？
• Java 的 <? extends T>、<? super T>、<?> 到底对应了什么？有哪些使用场景？
• Kotlin 的 in、out、*、where 到底有何魔力？
• 泛型方法又是什么？

今天，就用一篇文章为大家解除上述疑惑。

泛型：类型安全的利刃

总所周知，Java 在 1.5 之前，是没有泛型这个概念的。那时候的 List 还只是一个可以装下一切的集合。所以我们难免会写上这样的代码：

List list = new ArrayList();

list.add(1);

list.add("nanchen2251");

String str = (String) list.get(0);
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上面的代码编译并没有任何问题，但运行的时候一定会出现常见的 ClassCastException 异常：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
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这个体验非常糟糕，我们真正需要的是在代码编译的时候就能发现错误，而不是让错误的代码发布到生产环境中。

而如果上述代码我们增加上泛型，就会在编译期就能看到明显的错误啦。

List<String> list = new ArrayList<>();

list.add(1);
// 👆 报错 Required type:String but Provided:int

list.add("nanchen2251");

String str = list.get(0);
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很明显，泛型的出现，让类型更加安全，使我们在使用 List、Map 等不再需要去专门编写 StringList、StringMap 了，只需要在声明 List 的同时指定参数类型即可。

总的来说，泛型具备以下优势：

• 类型检查，能在编译时就帮开发检查出错误；
• 更加语义化，比如我们声明一个 LIst<String>，我们可以很直接知道里面存储的是 String 对象；
• 能自动进行类型转换，获取数据的时候不需要再做强转操作；
• 能写出更加通用化的代码。

类型擦除

可能有些同学思考过这样一个问题，既然泛型是和类型相关的，那么是不是也能使用类型的多态呢？

我们知道，一个子类型是可以赋值给父类型的，比如：

Object obj = "nanchen2251";
// 👆 这是多态
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Object 作为 String 的父类，自然可以接受 String 对象的赋值，这样的代码我们早已司空见惯，并没有什么问题。

但当我们写下这串代码：

List<String> list = new ArrayList<String>();

List<Object> objects = list;  
// 👆 多态用在这里会报错 Required type:List<Object> Provided: List<String>
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上面发生了赋值错误，这是因为 Java 的泛型本身具有「不可变性 Invariance」，Java 里面认为 List<String> 和 List<Object> 类型并不一致，也就是说，子类的泛型 List<String> 不属于泛型 List<Object> 的子类。

由于 Java 的泛型本身是一种 「伪泛型」，Java 为了兼容 1.5 以前的版本，不得以在泛型底层实现上使用 Object 引用，所以我们声明的泛型在编译时会发生「类型擦除」，泛型类型会被 Object 类型取代。比如：

class Demo<T> {
void func(T t){
// ...

    }

}
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会被编译成：

class Demo {
void func(Object t){
// ...     

    }

}
复制代码

可能你会好奇，在编译时发生类型擦除后，我们的泛型都被更换成了 Object，那为什么我们在使用的时候，却不需要强转操作呢？比如：

List<String> list = new ArrayList<>();

list.add("nanchen2251");

String str = list.get(0);
// 👆 这里并没有要求我们把 list.get(0) 强转为 String
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这是因为编译器会根据我们声明的泛型类型进行提前的类型检查，然后再进行类型擦除，擦除为 Object，但在字节码中其实还存储了我们的泛型的类型信息，在使用到泛型类型的时候会把擦除后的 Object 自动做类型强转操作。所以上面的 list.get(0) 本身就是一个经过强转的 String 对象了。

这个技术看起来还蛮好的，但却有一个弊端。就是既然擦成 Object 了，那么在运行的时候，你根本不能确定这个对象到底是什么类型，虽然你可以通过编译器帮你插入的 checkcast 来获得此对象的类型。但是你并不能把 T 真正的当作一个类型使用：比如这条语句在 Java 中是非法的。

T a = new T();
// 👆 报错：Type parameter 'T' cannot be instantiated directly
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同理，因为都被擦成了 Object，你就不能根据类型来做某种区分。

比如 instanceof：

if("nanchen2251" instanceof T.class){
// 👆 报错：Identifier expected Unexpected token        

}
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比如重载：

void func(T t){
// 👆 报错：'func(T)' clashes with 'func(E)'; both methods have same erasure       

}
void func(E e){

}
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同样，因为基本数据类型不属于 oop，所以也不能被擦除为 Object，所以 Java 的泛型也不能用于基本类型：

List<int> list;
// 👆 报错：Type argument cannot be of primitive type 
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oop:面向对象的程序设计（Object Oriented Programming）

到这里，是不是可以回答上面的第 3 个问题了：Java 的类型擦除到底是指什么？

首先你要明白一点，一个对象的类型永远不会被擦出的，比如你用一个 Object 去引用一个 Apple 对象，你还是可以获得到它的类型的。比如用 RTTI。

RTTI：运行时类型信息，运行时类型识别 (Run Time Type Identification)

Object object = new Apple();

System.out.println(object.getClass().getName());
// 👆 will print Apple
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哪怕它是放到泛型里的。

class FruitShop<T>{
private T t;

public void set(T t){
this.t = t;

    }

public  void showFruitName(){

        System.out.println(t.getClass().getName());

    }

}

FruitShop<Apple> appleShop = new FruitShop<Apple>();

appleShop.set(new Apple());

appleShop.showFruitName();
// 👆 will print Apple too
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为啥？因为引用就是一个用来访问对象的标签而已，对象一直在堆上放着呢。

所以不要断章取义认为类型擦除就是把容器内对象的类型擦掉了，所谓的类型擦除，是指容器类FruitShop<Apple>，对于 Apple 的类型声明在编译期的类型检查之后被擦掉，变为和 FruitShop<Object> 等同效果，也可以说是 FruitShop<Apple> 和 FruitShop<Banana> 被擦为和 FruitShop<Object> 等价，而不是指里面的对象本身的类型被擦掉！

那，Kotlin 中有类型擦除么？

C# 和 Java 在一开始都是不支持泛型的。Java 在 1.5 开始才加入了泛型。为了让一个不支持泛型的语言支持泛型，只有两条路可以走：

• 以前的非泛型容器保持不变，然后平行的增加一套泛型化的类型。
• 直接把已有的非泛型容器扩展为泛型，不添加任何新的泛型版本。

Java 由于 1.5 之前市面上一句有大量的代码，所以不得以选择了第 2 种方式，而 C# 比较机智就选择了第一种。

而 Kotlin 本身就是基于 Java 1.6 编写的，一开始就有泛型，不存在兼容老版本代码的问题，那 Kotlin 实现的泛型还具备类型擦除么？

当然具备。上面其实已经说的很清楚了，Kotlin 本身就是基于 Java 1.6 编写的，而且 Kotlin 和 Java 有极强的互调能力，当然也存在类型擦除。

不过...

你还是会发现有意思的点：

val list = ArrayList()

// 👆 报错：Not enough information to infer type variable E
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在 Java 中，不指定泛型类型是没问题的，但 Kotlin 这样不好使了。想来也简单，毕竟在 Java 1.5 之前是肯定不存在上述类似代码的，而泛型的设计初衷就不是用来装默认的 Kotlin Any 的。

泛型的上界通配符

前面说到：因为 Java 的泛型本身具有「不可变性 Invariance」，所以即使 Fruit 类是 Apple 类的父类，但 Java 里面认为 List<Fruit> 和 List<Apple> 类型并不一致，也就是说，子类的泛型 List<Apple> 不属于泛型 List<Fruit> 的子类。

所以这样的代码并不被运行。

List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();

List<Fruit> fruits = apples;  
// 👆 多态用在这里会报错 Required type:List<Fruit> Provided: List<Apple>
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那假如我们想突破这层限制，怎么办？使用上界通配符 ? extends。

List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();

List<? extends Fruit> fruits = apples;
// 👆使用上界通配符后，编译不再报错
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「上界通配符」，可以使 Java 泛型具有「协变性 Covariance」，协变就是允许上面的赋值是合法的。

在继承关系树中，子类继承自父类，可以认为父类在上，子类在下。extends 限制了泛型类型的父类型，所以叫上界。

它有两层意思：

• 其中 ? 是个通配符，表示这个 List 的泛型类型是一个未知类型。
• extends 限制了这个未知类型的上界，也就是泛型类型必须满足这个 extends 的限制条件，这里和定义 class 的 extends 关键字有点不一样：
  • 它的范围不仅是所有直接和间接子类，还包括上界定义的父类本身，也就是 Fruit。
  • 它还有 implements 的意思，即这里的上界也可以是 interface。

这个突破限制有意义么？

有的有的。

假如我们有一个接口 Fruit：

interface Fruit {
float getWeight();

}
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有两个水果类实现了 Fruit 接口：

class Banana implements Fruit {
@Override
public float getWeight() {
return 0.5f;

    }

}

class Apple implements Fruit {
@Override
public float getWeight() {
return 1f;

    }

}
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假设我们有个需求是需要给水果称重：

List<Apple> apples = new ArrayList<>();

apples.add(new Apple());
float totalWeight = getTotalWeight(apples); 
// 👆 报错：Required type: List<Fruit> Provided: List<Apple>

private float getTotalWeight(List<Fruit> fruitList) {
float totalWeight = 0;
for (Fruit fruit : fruitList) {

            totalWeight += fruit.getWeight();

        }
return totalWeight;

    }
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想来这也是一个非常正常的需求，秤可以称各种水果的重量，但也可以只称苹果。你不能因为我只买苹果就不给我称重吧。所以把上面的代码加上上界通配符就可以啦。

List<Apple> apples = new ArrayList<>();

apples.add(new Apple());
float totalWeight = getTotalWeight(apples); 
// 👆 不再报错
// 👇 增加了上界通配符 ? extends
private float getTotalWeight(List<? extends Fruit> fruitList) {
float totalWeight = 0;
for (Fruit fruit : fruitList) {

            totalWeight += fruit.getWeight();

        }
return totalWeight;

    }
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不过，上面使用 ? extends 上界通配符突破了一层限制，却被施加了另一层限制：只可输出不可输入。

什么意思呢？

比如：

List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();

List<? extends Fruit> fruits = apples;

Fruit fruit = fruits.get(0);

fruits.add(new Apple());
// 👆 报错：Required type: capture of ? extends Fruit Provided: Apple
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声明了上界通配符泛型的集合，不再允许 add 新的对象，Apple 不行，Fruit 也不行。拓展开来说：不止是集合，自己编写一个泛型做输入也不行。

interface Shop<T> {
void showFruitName(T t);
T getFruit();

}


Shop<? extends Fruit> apples = new Shop<Apple>(){
@Override
public void showFruitName(Apple apple) { }

@Override
public Apple getFruit() {
return null;

    }

};

apples.getFruit();

apples.showFruitName(new Apple());
// 👆 报错：Required type: capture of ? extends Fruit Provided: Apple
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泛型的下界通配符

泛型有上界通配符，那有没有下界通配符呢？

有的有的。

与上界通配符 ? extends 对应的就是下界通配符 ? super

下界通配符 ? super 所有情况和 ? extends 上界通配符刚刚相反：

• 通配符 ? 表示 List 的泛型类型是一个 未知类型。
• super 限制了这个未知类型的下界，也就是泛型类型必须满足这个 super 的限制条件
  • 它的范围不仅是所有直接和间接子父类，还包括下界定义的子类本身。
  • super 同样支持 interface。

它被施加的新限制是：只可输入不可输出。

Shop<? super Apple> apples = new Shop<Fruit>(){
@Override
public void showFruitName(Fruit apple) { }

@Override
public Fruit getFruit() {
return null;

    }

};

apples.showFruitName(new Apple());

Apple apple = apples.getFruit();
// 👆 报错：Required type: Apple Provided: capture of ? super Apple
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解释下，首先 ? 表示未知类型，编译器是不确定它的类型的。

虽然不知道它的具体类型，不过在 Java 里任何对象都是 Object 的子类，所以这里只能把apples.getFruit() 获取出来的对象赋值给 Object。由于类型未知，所以直接赋值给一个 Apple 对象肯定是不负责任的，需要我们做一层强制转换，不过强制转换本身可能发生错误。

而 Apple 对象一定是这个未知类型的子类型，根据多态的特性，这里通过 showFruitName 输入 Button 对象是合法的。

小结下，Java 的泛型本身是不支持协变和逆变的：

• 可以使用泛型通配符 ? extends 来使泛型支持协变，但是「只能读取不能修改」，这里的修改仅指对泛型集合添加元素，如果是 remove(int index) 以及 clear 当然是可以的。
• 可以使用泛型通配符 ? super 来使泛型支持逆变，但是「只能修改不能读取」，这里说的不能读取是指不能按照泛型类型读取，你如果按照 Object 读出来再强转当然也是可以的。

理解了 Java 的泛型之后，再理解 Kotlin 中的泛型，就比较容易了。