Collections.sort()声明：为什么要使用<? super T>而不是<T>？

Question

为什么 Collections.sort(List<T>) 的签名是这样的：

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) 

而不是：

public static <T extends Comparable<T>> void sort(List<? extends T> list)

• 我理解它们都会起到同样的作用，那么为什么框架开发者使用了第一种选项?
• 还是说这些声明真的有所不同?

- prvn

Answer 1

你提议的签名在Java-8中可能有效。但是在之前的Java版本中，类型推断并不那么智能。考虑一下你有一个List。请注意，java.sql.Date扩展了java.util.Date，它实现了Comparable。编译时需要注意。

List<java.sql.Date> list = new ArrayList<>();
Collections.sort(list);

它在Java-7中完美运行。这里T被推断为java.sql.Date，实际上是Comparable<java.util.Date>，也是Comparable<? super java.sql.Date>。然而，让我们尝试使用您的签名：

public static <T extends Comparable<T>> void sort(List<? extends T> list) {}

List<java.sql.Date> list = new ArrayList<>();
sort(list);

在这里，T 应被推断为 java.util.Date。然而 Java 7 规范不允许这样的推断。因此，这段代码可以在 Java 8 中编译，但在 Java 7 下编译时会失败：

Main.java:14: error: method sort in class Main cannot be applied to given types;
        sort(list);
        ^
  required: List<? extends T>
  found: List<Date>
  reason: inferred type does not conform to declared bound(s)
    inferred: Date
    bound(s): Comparable<Date>
  where T is a type-variable:
    T extends Comparable<T> declared in method <T>sort(List<? extends T>)
1 error

Java-8中大大改进了类型推断。现在专门有一个独立的JLS 第18章 来讲解它，而在Java-7中规则更简单。

- Tagir Valeev

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但是，static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> c) 这个代码为什么能正常工作呢？这又是一个推断问题吗？ - prvn

@prvn，你提出的签名中使用了Comparable<T>，但实际上应该使用Comparable<? super T>。<T extends Comparable<? super T>> void sort(List<? extends T> list)也可以工作，但在这里添加? extends T是完全不必要的，而在max方法中是合理的（因为max返回值）。 - Tagir Valeev

还有一个要点。当你有一个像List<? extends T> list这样的通配符类型时，你不能在方法内部执行list.set(index, list.get(anotherIndex))，因为通配符类型的工作方式。这可以通过使用内部帮助方法来捕获? extends T到另一个类型变量（或者像内部实现经常做的那样使用未检查的操作）来规避，但是对于将要修改的列表而言，没有通配符的类型更加简洁。 - Holger

@Holger：但这是实现者的内部实现问题。我们只关注公共API，不应受到内部实现细节的影响。 - newacct

@newacct：如果两个变量对调用者没有区别，你很可能会选择允许更容易实现的那个。然而，开发人员习惯于最初认为List<? extends ...>类型的参数不会因为PECS规则而被修改，如果你将其用于sort方法，就需要再次查看该方法。这不仅仅是一个实现问题。 - Holger

Answer 2

// 0
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort0(List<T> list) 

// 1
public static <T extends Comparable<T>> void sort1(List<? extends T> list)

这些签名不同是因为它们对类型T和Comparable中的类型参数之间的关系在T的定义中施加了不同的要求。

例如，假设你有这个类：

class A implements Comparable<Object> { ... }

那么，如果您有以下需求：

List<A> list = ... ;
sort0(list); // works
sort1(list); // fails

sort1 失败的原因是没有类型 T，它既能与自身进行比较，又是列表类型的子类型或超类型。

事实证明类 A 是畸形的，因为实现了 Comparable 接口的对象需要满足某些要求。特别是，反转比较应该反转结果的符号。我们可以将一个 A 的实例与一个 Object 进行比较，但不能反过来，因此违反了这个要求。但请注意，这是 Comparable 语义上的要求，并不是由类型系统强制的。仅考虑类型系统，这两个 sort 声明确实有所不同。

- Stuart Marks

Answer 3

它们的不同之处在于? super T比T更加灵活。这是一个下限通配符（部分链接的Java教程说）。引用如下：

List<Integer>这个术语比List<? super Integer>更加具有限制性，因为前者只匹配类型为Integer的列表，而后者匹配任何类型的列表，该类型是Integer的祖先。

将Integer替换为T，这意味着T或java.lang.Object。

- Elliott Frisch

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但我正在增加sort()函数参数的灵活性..使用? extends。 - prvn

是的，没有人说 List<? super Integer> 和 List<Integer> 是相同的。第二个版本使用了 extends，问题是这是否使它相等。 - JojOatXGME

我认为你的回答并没有直接回答问题。 - yuxh