通用方法上的多个通配符使Java编译器

Question

让我们首先考虑一个简单的场景（请参阅ideone.com上的完整源代码）：

import java.util.*;

public class TwoListsOfUnknowns {
    static void doNothing(List<?> list1, List<?> list2) { }

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = null;
        List<Integer> list2 = null;
        doNothing(list1, list2); // compiles fine!
    }
}

这两个通配符是无关的，这就是为什么你可以doNothing使用a List<String>和a 进行调用的原因List<Integer>。换句话说，两者?可以指完全不同的类型。因此，以下内容无法编译，这是可以预期的（同样在ideone.com上）：

import java.util.*;

public class TwoListsOfUnknowns2 {
    static void doSomethingIllegal(List<?> list1, List<?> list2) {
        list1.addAll(list2); // DOES NOT COMPILE!!!
            // The method addAll(Collection<? extends capture#1-of ?>)
            // in the type List<capture#1-of ?> is not applicable for
            // the arguments (List<capture#2-of ?>)
    }
}

到目前为止，一切都很好，但是这里的事情开始变得非常混乱（如ideone.com所示）：

import java.util.*;

public class LOLUnknowns1 {
    static void probablyIllegal(List<List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // this compiles!! how come???
    }
}

上面的代码可以在Eclipse和sun-jdk-1.6.0.17ideone.com 上为我编译，但是可以吗？我们不可能有一个List<List<Integer>>lol和一个List<String> list类似的两个不相关的通配符情况TwoListsOfUnknowns吗？

实际上，朝该方向进行的以下轻微修改无法编译，这是可以预期的（如ideone.com所示）：

import java.util.*;

public class LOLUnknowns2 {
    static void rightfullyIllegal(
            List<List<? extends Number>> lol, List<?> list) {

        lol.add(list); // DOES NOT COMPILE! As expected!!!
            // The method add(List<? extends Number>) in the type
            // List<List<? extends Number>> is not applicable for
            // the arguments (List<capture#1-of ?>)
    }

}

因此，看起来编译器正在完成其工作，但随后我们得到了此结果（如ideone.com所示）：

import java.util.*;

html" target="_blank">public class LOLUnknowns3 {
    static void probablyIllegalAgain(
            List<List<? extends Number>> lol, List<? extends Number> list) {

        lol.add(list); // compiles fine!!! how come???
    }
}

同样，我们可能有例如a List<List<Integer>> lol和a List<Float> list，所以不应该编译，对吗？

实际上，让我们回到较简单的示例LOLUnknowns1（两个无界通配符），并尝试看看我们是否实际上可以probablyIllegal以任何方式调用。让我们先尝试“简单”情况，然后为两个通配符选择相同的类型（如ideone.com所示）：

import java.util.*;

public class LOLUnknowns1a {
    static void probablyIllegal(List<List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // this compiles!! how come???
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<List<String>> lol = null;
        List<String> list = null;
        probablyIllegal(lol, list); // DOES NOT COMPILE!!
            // The method probablyIllegal(List<List<?>>, List<?>)
            // in the type LOLUnknowns1a is not applicable for the
            // arguments (List<List<String>>, List<String>)
    }
}

这没有道理！在这里，我们甚至没有尝试使用两种不同的类型，并且它不会编译！使其成为，List<List<Integer>> lol并且List<String> list还会给出类似的编译错误！实际上，根据我的实验，代码的唯一编译方式是第一个参数是显式null类型（如ideone.com所示）：

import java.util.*;

public class LOLUnknowns1b {
    static void probablyIllegal(List<List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // this compiles!! how come???
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = null;
        probablyIllegal(null, list); // compiles fine!
            // throws NullPointerException at run-time
    }
}

所以，问题是，关于LOLUnknowns1，LOLUnknowns1a和LOLUnknowns1b：

probablyIllegal接受哪些类型的参数？
应该lol.add(list);编译吗？它是类型安全的吗？
这是编译器错误还是我误解了通配符的捕获转换规则？
附录A：双重大声笑？
万一有人好奇，可以很好地编译（如ideone.com上所示）：

import java.util.*;

public class DoubleLOL {
    static void omg2xLOL(List<List<?>> lol1, List<List<?>> lol2) {
        // compiles just fine!!!
        lol1.addAll(lol2);
        lol2.addAll(lol1);
    }
}

附录B：嵌套通配符-它们的真正含义是什么？？？
进一步的调查表明，也许多个通配符与问题无关，但是嵌套的通配符是造成混淆的原因。

import java.util.*;

public class IntoTheWild {

    public static void main(String[] args) {
        List<?> list = new ArrayList<String>(); // compiles fine!

        List<List<?>> lol = new ArrayList<List<String>>(); // DOES NOT COMPILE!!!
            // Type mismatch: cannot convert from
            // ArrayList<List<String>> to List<List<?>>
    }
}

因此，看起来a List<List<String>>不是List<List<?>>。实际上，尽管any List<E>是a List<?>，但看起来并不像any List<List<E>>是a List<List<?>>（如ideone.com所示）：

import java.util.*;

public class IntoTheWild2 {
    static <E> List<?> makeItWild(List<E> list) {
        return list; // compiles fine!
    }
    static <E> List<List<?>> makeItWildLOL(List<List<E>> lol) {
        return lol;  // DOES NOT COMPILE!!!
            // Type mismatch: cannot convert from
            // List<List<E>> to List<List<?>>
    }
}

于是出现了一个新问题：什么是List<List<?>>？

Answer 1

如附录B所示，这与多个通配符无关，而是误解了List<List<?>>真正的含义。

让我们首先提醒自己，Java泛型是不变的意味着什么：

1. An Integer is a Number
2. A List<Integer> is NOT a List<Number>
3. A List<Integer> IS a List<? extends Number>

现在，我们简单地将相同的参数应用于嵌套列表情况（有关更多详细信息，请参见附录）：

1. List<String> is (captureable by) a List<?>
2. A List<List<String>> is NOT (captureable by) a List<List<?>>
3. A List<List<String>> IS (captureable by) a List<? extends List<?>>

有了这种理解，就可以解释问题中的所有片段。所以产生了困惑中（错误地）认为像一个类型List<List<?>>可以捕获类型，如List<List<String>>，List<List<Integer>>等，这是不正确的。

即List<List<?>>：

是不是一个列表，其元素是某一个未知类型的列表。
…那将是一个 List<? extends List<?>>
相反，它是一个列表，其元素是ANY类型的列表。
片段
以下是说明以上几点的代码段：

List<List<?>> lolAny = new ArrayList<List<?>>();

lolAny.add(new ArrayList<Integer>());
lolAny.add(new ArrayList<String>());

// lolAny = new ArrayList<List<String>>(); // DOES NOT COMPILE!!

List<? extends List<?>> lolSome;

lolSome = new ArrayList<List<String>>();
lolSome = new ArrayList<List<Integer>>();

更多片段
这是有界嵌套通配符的另一个示例：

List<List<? extends Number>> lolAnyNum = new ArrayList<List<? extends Number>>();

lolAnyNum.add(new ArrayList<Integer>());
lolAnyNum.add(new ArrayList<Float>());
// lolAnyNum.add(new ArrayList<String>());     // DOES NOT COMPILE!!

// lolAnyNum = new ArrayList<List<Integer>>(); // DOES NOT COMPILE!!

List<? extends List<? extends Number>> lolSomeNum;

lolSomeNum = new ArrayList<List<Integer>>();
lolSomeNum = new ArrayList<List<Float>>();
// lolSomeNum = new ArrayList<List<String>>(); // DOES NOT COMPILE!!

回到问题
回到问题中的代码片段，以下行为符合预期（如ideone.com所示）：

public class LOLUnknowns1d {
    static void nowDefinitelyIllegal(List<? extends List<?>> lol, List<?> list) {
        lol.add(list); // DOES NOT COMPILE!!!
            // The method add(capture#1-of ? extends List<?>) in the
            // type List<capture#1-of ? extends List<?>> is not 
            // applicable for the arguments (List<capture#3-of ?>)
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = null;
        List<List<String>> lolString = null;
        List<List<Integer>> lolInteger = null;

        // these casts are valid
        nowDefinitelyIllegal(lolString, list);
        nowDefinitelyIllegal(lolInteger, list);
    }
}

lol.add(list);是非法的，因为我们可能有List<List<String>> lol和List<Object> list。实际上，如果我们注释掉有问题的语句，则代码会编译，而这正是我们在中首次调用时所拥有的main。

问题中的所有probablyIllegal方法都不是非法的。它们都是完全合法和类型安全的。编译器中绝对没有错误。它确实在做应该做的事情。