Java 是一种多功能且功能强大的编程语言，以其强大的类型系统而闻名。增强类型安全性和促进代码可重用性的关键功能之一是有界类型（Bounded Type）。
有界类型允许开发人员对可用作类、接口和方法中的泛型参数的类型施加约束。通过定义这些约束，开发人员可以确保支持某些操作并防止编译时出现错误。在本文中，我们将深入研究 Java 中的有界类型，并探讨如何利用它们来编写更健壮、更灵活的代码。
在 Java 中，有界类型是指对可用作泛型类或方法中的类型参数的类型指定约束。有界类型用于限制可以使用的类型范围，提供有关可接受类型的更具体的信息。
在 Java 中，泛型类型广泛用于创建可重用组件。它们允许开发人员定义可以在各种不同类型上操作的类、接口和方法，而无需牺牲类型安全性。但是，在某些情况下，有必要限制可用作泛型参数的类型范围。这就是有界类型发挥作用的地方。
有界类型参数是仅限于特定类型子集的泛型类型。可以使用 extends 关键字后跟上限来定义它。上限可以是类或接口，它指示泛型类型必须是指定类的子类或实现指定接口。
定义有界类型参数的语法如下：
class MyClass<T extends MyClassType> {
// ...
}
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在上例中，T 是类型参数，MyClassType 是上界。这意味着任何用作参数的 T 类型都必须是 MyClassType 或它的子类。
Java 中有两种类型的界限：上限和下限。
上界通配符：
- 使用关键字指定上限extends。
- 它将允许的类型限制为特定类型或其任何子类型。
public class Box<T extends Number> {
// 带有类型参数 T 上限的类定义
}
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在此示例中，T可以是 的子类的任何类型Number。下界通配符：
使用关键字指定下限super。
它将允许的类型限制为特定类型或其任何超类型。
public void addNumbers(List<? super Integer> list) {
// 接受整数或其超类列表的方法
}
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在此示例中，该addNumbers方法可以接受ListofInteger或 的任何超类型Integer。这是一个更详细的示例，说明了上限和下限：
public class BoundedTypesExample {
// Upper Bounded Wildcard
public static <T extends Number> double sumOfListUpperBound(List<T> list) {
double sum = 0.0;
for (T number : list) {
sum += number.doubleValue();
}
return sum;
}
// Lower Bounded Wildcard
public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
list.add(i);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Integer> integers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
// Upper Bounded
double sum = sumOfListUpperBound(integers);
System.out.println("Sum of integers: " + sum);
List<Number> numbers = new ArrayList<>();
addIntegers(numbers);
System.out.println("List of numbers: " + numbers);
}
}
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在此示例中，sumOfListUpperBound 接受任何属于 Number 子类的 List 类型，而 addIntegers 则接受 Integer List 或 Integer 的任何超类型。
有界类型示例：
为了更好地理解有界类型，让我们考虑几个示例。假设我们有一个代表不同类型形状的类层次结构：
class Shape {
// ...
}
class Circle extends Shape {
// ...
}
class Rectangle extends Shape {
// ...
}
现在，让我们定义一个名为 ShapeContainer 的通用类，它可以容纳各种形状的对象：
class ShapeContainer<T extends Shape> {
private T shape;
public void addShape(T shape) {
this.shape = shape;
}
public T getShape() {
return shape;
}
}
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在本示例中，ShapeContainer 类的有界类型参数 T 的上界为 Shape。通过使用有界类型，我们可以执行编译时类型安全，并确保只能对存储在 ShapeContainer 中的对象执行与形状相关的操作。例如，如果我们尝试添加字符串或任何其他不相关的类型，编译器将生成错误。
具有多个边界的有界类型
Java 还支持具有多个边界的有界类型，其中一个类型参数必须满足多个约束条件。使用 & 符号指定多个边界，后面跟接口或类名。
下面是一个比较两个对象的泛型方法示例：
class BoundedTypeExample {
public static <T extends Comparable<T> & MyInterface> int compare(T obj1, T obj2) {
return obj1.compareTo(obj2);
}
}
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在本例中，泛型方法 compare 的有界类型参数 T 有两个界：Comparable<T> 和 MyInterface。它确保类型参数 T 必须实现 Comparable 接口并扩展 MyInterface 接口。
通过使用具有多个边界的有界类型，我们可以利用多个接口或类的功能来提供更灵活、更强大的功能。
下面是一个完整的 Java 程序，演示了如何使用带输入和输出的有界类型：
// Shape hierarchy
abstract class Shape {
public abstract void draw();
}
class Circle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Drawing a circle");
}
}
class Rectangle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Drawing a rectangle");
}
}
// Generic class with bounded type parameter
class ShapeContainer<T extends Shape> {
private T shape;
public void addShape(T shape) {
this.shape = shape;
}
public T getShape() {
return shape;
}
}
// Main class
public class BoundedTypeExample {
public static void main(String[] args) {
//为圆形创建 ShapeContainer ；
ShapeContainer<Circle> circleContainer = new ShapeContainer<>();
Circle circle = new Circle();
circleContainer.addShape(circle);
// Get the shape from the container
Circle retrievedCircle = circleContainer.getShape();
retrievedCircle.draw();
// 为矩形创建一个 ShapeContainer ；
ShapeContainer<Rectangle> rectangleContainer = new ShapeContainer<>();
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangleContainer.addShape(rectangle);
// 从容器中获取形状 ；
Rectangle retrievedRectangle = rectangleContainer.getShape();
retrievedRectangle.draw();
// 尝试在 ShapeContainer 中添加字符串（编译时出错） ；
// ShapeContainer<String> stringContainer = new ShapeContainer<>(); // Compile-time error
// stringContainer.addShape("Invalid Shape"); // Compile-time error
}
}
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Java 中的有界类型提供了一种强大的机制，可对通用类型实施约束，确保类型安全并促进代码重用。通过指定上限，开发人员可以限制可用作泛型参数的类型范围，从而提高代码的健壮性和可维护性。无论是在类层次结构中限制类型，还是从多个接口施加约束，有界类型都能让开发人员编写出更具表现力和更可靠的代码。
通过了解并有效利用有界类型，Java 开发人员可以充分发挥语言类型系统的潜力，构建高质量的软件系统。