软件构造学习（四）协变、类型擦除

本篇文章主要介绍Liskov替换原则，协变已经与泛型中的类型擦除的相关知识。

一、Liskov替换原则

　　Liskov替换原则，以下简称Lsp，是一组用来创建层次结构的指导原则。当满足LSP时，可以用子类替换父类而不用担心对期望的行为产生影响。LSP的规则内容如下：

• 前置条件不能强化
• 后置条件不能弱化
• 不变量要保持（不变量是指一个对象生命周期中永远保持为真的谓词）
• 子类型的方法参数是可逆变的
• 子类型的方法的返回值是可协变的
• 异常的类型是可协变的（也就是子类型的异常不变或者更具体）

二、协变与逆变

　　1.逆变

　　　逆变是指从 子类型到父类型越来越具体，参数类型不变或者越来越抽象。例如下面的例子：

Class T{
    void c(String s){…}
}
Class S extends T{
    @Override
    void c(Object s){…}
}

　　　但是目前Java并不支持逆变，当遇到这种情况时，会当作overload来对待。

　　2.协变

　　（1）协变定义

　　指从父类型到子类型越来越具体，返回值的类型和异常的类型不变或者变得更加具体。比如说下面这个例子：

Class T{
    Object a(){……}
}
Class S extends T{
    @Override
    String a(){……}
}

　　　S是T的子类型，S返回的参数是String类型，是T返回的参数类型Object的子类型，也就是在方法重写时，子类返回类型是父类返回类型的子类型，更加具体。

　　　再看看下面的代码：

Class T{
    void b() throws Throwable{…}
}
Class S extends T{
    @Override
    void b() throws IOException{…}、
}
Class U extends S{
    @Override
    void b(){…}
}

　　　从T到S再到U，子类抛出的异常更加具体，也就是子类型中重写的方法不能抛出额外的异常。

 　　（2）数组协变

　　数组是支持协变的，一个声明为T[]的数组实际包含的类型可能是T或者T的子类，也就是类　　　　　　　　　　型取决于存储的元素的类型。示例如下：

Number[] numbers = new Number[2];
number[0] = new Integer(10);
number[1] = new Double(3.14);

　　但是，这样可能会造成 声明对象类型和实际指向的类型不一致。比如下面这个例子 ：

Interger[] myInts = {1,2,3,4}；
Number[] myNumber = myInts;
myNumber[0] = 3.14;

　　这个例子在运行到第三行时就会出现运行错误，这是因为Java直到数组被实例化成为Interger类型的数组，只是通过一个Number[]引用进行访问，所以当其被赋值成一个浮点类型时，当然会报错。

三、泛型中的LSP

　　1.类型擦除

　　Java在编译之后的文件不会包含泛型中的类型信息。也就是说使用泛型时加上的类型参数，会被编译器在编译时去掉，这种规则就成为类型擦除。比如List<Object>和List<String>在参数类型没有限定情况下，在编译后都会被视为一个List，也就代表下面的代码运行后控制台输出结果会是True

List<String> stringList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
System.out.println(stringList.getClass() == integerList.getClass());

　　类型擦除也可以限定类型参数，当没有参数类型限定时，会被全部替换成object。下面是一个泛型在编译时和运行时的差别，也就是类型擦除前后：

 　　如果参数类型有限制时，那么泛型擦除后参数类型被替换为限定的类型，这样就可以在类型内部执行与类型有关的方法。

• 类型通配符上限：extends 例List <T ecxtends Number>代表T应该是Number的子类
• 类型通配符下限：super 例List<? super Number>代表只能接受Number及其父类型

　　2.泛型不支持协变

　　泛型不支持协变，最主要的原因就在于类型擦除，List<String>和List<Object>之间没有任何父子关系，所以对于下列代码，在编译时就会报错：

List<Integer> myInts = new ArrayList<Integer>();
myInts.add(1);
myInts.add(2);
List<Number> myNums = myInts; //compiler error
myNums.add(3.14);

　　与上面数组因支持协变，而运行时报错的方式相比，更早地报错，使其更加安全严谨。