今天,我在Java中阅读了一些关于协方差,逆变(和不变性)的文章。我阅读了英文和德文维基百科的文章,以及IBM的一些其他博客文章和文章。
但我对这些究竟是什么有点困惑?有人说它是关于类型和子类型之间的关系,有人说它是关于类型转换的,有些人说它用于决定方法是否被覆盖或重载。
所以我正在用简单的英语寻找一个简单的解释,它向初学者展示了Covariance和Contravariance(和Invariance)。加上一点简单的例子。
有人说它是关于类型和子类型之间的关系,其他人说它是关于类型转换,而其他人则说它用于决定方法是否被覆盖或过载。
上述所有的。
从本质上讲,这些术语描述了子类型关系如何受到类型转换的影响。也就是说,如果A
和B
是类型,f
是类型转换,并且≤子类型关系(即A ≤ B
意味着A
是B
的子类型),我们有
f
暗示A ≤ B
,f(A) ≤ f(B)
是协变的f
暗示A ≤ B
,f(B) ≤ f(A)
是逆变的f
是不变的让我们考虑一个例子。让f(A) = List<A>
在哪里宣布List
class List<T> { ... }
f
是协变的,逆变的还是不变的?协变意味着List<String>
是List<Object>
的一个亚型,逆变,List<Object>
是List<String>
的亚型,并且不变量,它们都不是另一个的亚型,即List<String>
和List<Object>
是不可转换的类型。在Java中,后者是真的,我们说(有点非正式地)泛型是不变的。
另一个例子。让f(A) = A[]
。 f
是协变的,逆变的还是不变的?也就是说,String []是Object []的子类型,Object []是String []的子类型,还是既不是另一个的子类型? (答案:在Java中,数组是协变的)
这仍然相当抽象。为了使其更具体,让我们看看Java中的哪些操作是根据子类型关系定义的。最简单的例子是赋值。该声明
x = y;
只有在typeof(y) ≤ typeof(x)
时才会编译。也就是说,我们刚刚了解到这些陈述
ArrayList<String> strings = new ArrayList<Object>();
ArrayList<Object> objects = new ArrayList<String>();
不会用Java编译,但是
Object[] objects = new String[1];
将。
子类型关系重要的另一个例子是方法调用表达式:
result = method(a);
非正式地说,通过将a
的值赋给方法的第一个参数,然后执行方法的主体,然后将方法返回值赋值给result
来评估此语句。与上一个示例中的普通赋值一样,“右侧”必须是“左侧”的子类型,即此语句只有在typeof(a) ≤ typeof(parameter(method))
和returntype(method) ≤ typeof(result)
时才有效。也就是说,如果方法声明为:
Number[] method(ArrayList<Number> list) { ... }
以下表达式都不会编译:
Integer[] result = method(new ArrayList<Integer>());
Number[] result = method(new ArrayList<Integer>());
Object[] result = method(new ArrayList<Object>());
但
Number[] result = method(new ArrayList<Number>());
Object[] result = method(new ArrayList<Number>());
将。
子类型重要的另一个例子是最重要的。考虑:
Super sup = new Sub();
Number n = sup.method(1);
哪里
class Super {
Number method(Number n) { ... }
}
class Sub extends Super {
@Override
Number method(Number n);
}
非正式地,运行时将重写为:
class Super {
Number method(Number n) {
if (this instanceof Sub) {
return ((Sub) this).method(n); // *
} else {
...
}
}
}
对于要编译的标记行,重写方法的方法参数必须是重写方法的方法参数的超类型,返回类型是重写方法的子类型。从形式上讲,f(A) = parametertype(method asdeclaredin(A))
必须至少是逆变的,如果f(A) = returntype(method asdeclaredin(A))
必须至少是协变的。
注意上面的“至少”。这些是最低要求,任何合理的静态类型安全面向对象编程语言都会强制执行,但编程语言可能会选择更严格。对于Java 1.4,当覆盖方法时,参数类型和方法返回类型必须相同(类型擦除除外),即覆盖时的parametertype(method asdeclaredin(A)) = parametertype(method asdeclaredin(B))
。从Java 1.5开始,在覆盖时允许协变返回类型,即以下将在Java 1.5中编译,但在Java 1.4中不编译:
class Collection {
Iterator iterator() { ... }
}
class List extends Collection {
@Override
ListIterator iterator() { ... }
}
我希望我涵盖了所有内容 - 或者更确切地说,表面上划了一下。我仍然希望它有助于理解类型方差的抽象但重要的概念。
采用java类型系统,然后是类:
某种类型T的任何对象都可以用T的子类型对象代替。
类型方差 - 类方法具有以下后果
class A {
public S f(U u) { ... }
}
class B extends A {
@Override
public T f(V v) { ... }
}
B b = new B();
t = b.f(v);
A a = ...; // Might have type B
s = a.f(u); // and then do V v = u;
可以看出,:
现在,与B是A的子类型共同和相反。可以通过更具体的知识引入以下更强的类型。在子类型中。
协方差(在Java中可用)很有用,可以说在子类型中返回更具体的结果;尤其是当A = T且B = S时。逆变法说你准备处理一个更普遍的论点。