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文章标题：Java中的泛型通配符（Wildcard）如何使用？
在Java编程中，泛型（Generics）是一个强大的特性，它允许程序员在编译时期进行类型检查，同时保持代码的灵活性和可重用性。泛型通配符（Wildcard）作为泛型的一个重要组成部分，进一步增强了泛型的使用场景和灵活性。本文将深入探讨Java中泛型通配符的使用，包括其基本概念、应用场景、限制以及如何通过通配符解决一些常见的类型安全问题。
### 一、泛型通配符的基本概念
泛型通配符主要用于不确定或想要使用多种类型参数的情况下。在Java中，`?`（问号）用作泛型通配符的标识，表示未知的类型。使用通配符可以创建更加灵活的类型结构，同时避免在编译时因为类型不匹配而导致的错误。
#### 1. 无界通配符（Unbounded Wildcard）
无界通配符使用单个`?`表示，它表示未知的类型。当你编写的代码可以适用于任何类型的对象时，可以使用无界通配符。例如，`List` 可以表示一个列表，这个列表的元素可以是任何类型，但当你从列表中取出元素时，你只能将它们视为`Object`类型，因为编译器只知道列表中的元素是某种类型的对象，但不知道具体是哪种类型。
```java
List list = new ArrayList();
// list.add(new Object()); // 编译错误，因为无法确定添加什么类型的对象
Object obj = list.get(0); // 正确，因为任何类型的对象都是Object的子类
```
#### 2. 上界通配符（Upper Bounded Wildcard）
上界通配符使用`? extends T`形式，其中`T`是一个具体的类或接口。它表示未知的类型，但这个类型是`T`或`T`的某个子类型。上界通配符在需要读取数据时非常有用，因为它允许你安全地读取`T`类型或其子类型的对象。
```java
List numbers = new ArrayList();
// numbers.add(10); // 编译错误，因为编译器不知道具体类型
Number num = numbers.get(0); // 正确，因为Integer是Number的子类
```
#### 3. 下界通配符（Lower Bounded Wildcard）
下界通配符使用`? super T`形式，其中`T`是一个具体的类或接口。它表示未知的类型，但这个类型是`T`或`T`的某个父类型（包括`T`本身）。下界通配符在需要写入数据时非常有用，因为它允许你安全地写入`T`类型或其父类型的对象。
```java
List intLists = new ArrayList();
intLists.add(10); // 正确，因为Integer是Integer的父类型（实际上是它自身）
// Integer num = intLists.get(0); // 编译错误，因为无法确定具体类型
Object obj = intLists.get(0); // 正确，因为任何类型的对象都是Object的子类
```
### 二、泛型通配符的应用场景
#### 1. 灵活的API设计
在设计API时，使用泛型通配符可以使你的方法或类更加灵活，能够接受不同类型的参数或返回不同类型的对象。例如，你可以设计一个方法，该方法接受任何类型的`List`集合，并对其进行处理，而不需要关心集合中元素的具体类型。
```java
public void printList(List list) {
for (Object elem : list) {
System.out.println(elem);
}
}
```
#### 2. 读取和写入数据的灵活性
通过上界和下界通配符，你可以安全地读取或写入特定类型的对象。这在处理集合时尤其有用，因为它允许你保持集合的封闭性和修改的安全性。
#### 3. 泛型方法的参数化
在编写泛型方法时，通配符可以帮助你创建更加灵活的方法签名。你可以根据需要选择无界、上界或下界通配符，以适应不同的使用场景。
### 三、泛型通配符的限制
尽管泛型通配符提供了很大的灵活性，但它们也有一些限制。主要限制包括：
- **无界通配符的写入限制**：你不能向使用无界通配符的集合中添加任何元素（除了`null`），因为编译器无法确定集合中元素的具体类型。
- **上界通配符的写入限制**：由于上界通配符表示的是类型的子类型，因此你不能向这样的集合中添加任何非`null`元素，因为编译器无法确定你添加的元素是否属于集合元素的类型或其子类型。
- **下界通配符的读取限制**：虽然你可以向下界通配符的集合中添加元素，但当你从这样的集合中读取元素时，你只能将它们视为`Object`类型（或更具体的父类型），因为编译器无法确定集合中元素的具体类型。
### 四、泛型通配符的实战应用
在实际开发中，泛型通配符经常用于集合框架、设计模式以及任何需要类型安全且灵活的场景中。以下是一个简单的示例，展示了如何在设计模式（如工厂模式）中使用泛型通配符来提高代码的灵活性和可重用性。
#### 示例：使用泛型通配符的工厂模式
假设我们有一个产品接口和几个实现该接口的具体类。我们希望有一个工厂类，它能够根据输入的类型参数返回相应的产品实例。
```java
interface Product {
void use();
}
class ProductA implements Product {
@Override
public void use() {
System.out.println("Using Product A");
}
}
class ProductB implements Product {
@Override
public void use() {
System.out.println("Using Product B");
}
}
class ProductFactory {
@SuppressWarnings("unchecked")
public static T createProduct(Class clazz) {
try {
return (T) clazz.newInstance();
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public class FactoryDemo {
public static void main(String[] args) {
Product productA = ProductFactory.createProduct(ProductA.class);
productA.use();
Product productB = ProductFactory.createProduct(ProductB.class);
productB.use();
}
}
```
虽然上述示例并没有直接使用泛型通配符，但它展示了如何在泛型环境中使用反射来创建类型安全的对象。如果我们想要扩展这个工厂，使其能够处理更复杂的类型关系，比如产品之间的继承和转换，那么泛型通配符就可以派上用场了。
### 五、总结
泛型通配符是Java泛型中一个非常有用的特性，它允许程序员编写更加灵活和类型安全的代码。通过理解无界、上界和下界通配符的概念和应用场景，你可以更好地利用Java的泛型特性来解决实际问题。在实际开发中，记得结合具体场景选择合适的通配符类型，以确保代码的可读性、可维护性和安全性。
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