Kotlin泛型约束

泛型类型约束简介

之前我们已经了解了，泛型可以接受任意类型的参数，使代码具有良好的复用性。现在，我们来学习泛型的另一个方面：类型约束（type bounds）。
有时候，我们希望对泛型函数或类中允许的类型参数进行限制。例如，我们有一个泛型类 Storage<T>，但我们只想让它存储“书籍”类型的对象，而不需要创建另一个专门的类。这种情况下，就可以使用类型约束。

在类中使用类型约束

假设我们有以下泛型类：

class Storage<T>() {
    // 一些代码
}

解释： 这是一个通用存储类，可以保存任何类型的对象。

如果我们只希望这个类保存书籍，而“书籍”可以包括杂志、手册等，那么我们可以通过添加类型约束 T : Book 来限制只允许 T 是 Book 或其子类：

class Storage<T : Book>() {
    // 一些代码
}

解释： 通过 T : Book，我们限制了泛型 T 必须是 Book 类型或其子类。这样我们就可以避免误地将非书籍类型存入该类中。

创建类并使用泛型类

open class Book {}
class Magazine : Book() {}
class Stone {}

解释： 我们创建了三个类：Book 是一个父类，Magazine 继承自 Book，Stone 与 Book 毫无关系。

然后我们尝试如下创建泛型类实例：

val storage1 = Storage<Book>()       // 合法
val storage2 = Storage<Magazine>()   // 合法（Magazine 是 Book 的子类）
val storage3 = Storage<Stone>()      // 编译错误

解释： 前两个实例是合法的，因为类型满足约束。第三个会报错：类型参数 Stone 不在它的界限内，这是编译时错误，有助于我们提前捕捉潜在问题。

默认情况下，所有泛型类型参数的上界是 Any?（允许空值）。也就是说 SomeGeneric<T> 默认等价于 SomeGeneric<T : Any?>。

作为约束，可以使用类或接口，但不能试图让一个泛型类继承另一个（如 Storage<Magazine> : Storage<Book>），这是不允许的。

在函数中使用类型约束

我们也可以在泛型函数中使用类型约束，语法类似：

fun <T : Book> sortByDate(list: List<T>) { ... }

解释： 这个函数只接受泛型为 Book 或其子类的 List 参数。

假设有两个列表：

val listOne: List<Magazine> = listOf()
val listTwo: List<String> = listOf()

sortByDate(listOne) // 合法，Magazine 是 Book 的子类
sortByDate(listTwo) // 错误，String 不是 Book 的子类

明确不可为空的类型（Definitely non-nullable types）

Kotlin 1.7 起支持：明确不可为空的类型，用于和 Java 的互操作。语法是：T & Any（T 与 Any 的交集类型）。

前提：类型参数的上界必须是可空类型（如 Any? 或 String?）。

示例 Java 接口：

public interface Game<T> {
    public T save(T x);

    @NotNull
    public T load(@NotNull T x);
}

解释： Java 中使用了 @NotNull 注解，说明 load() 不允许接收或返回 null。

Kotlin 中实现：

interface ArcadeGame<T1> : Game<T1> {
    override fun save(x: T1): T1

    override fun load(x: T1 & Any): T1 & Any // 正确用法
    // override fun load(x: T1): T1         // 编译失败
}

解释： 使用 T1 & Any 声明 T1 绝对不能为 null，从而符合 Java 中的 @NotNull 要求。

Kotlin 示例：Elvis 运算符风格函数

fun <T : String?> elvisLike(first: T, second: T & Any): T & Any = first ?: second

使用示例：

elvisLike<String>("", "123").length     // 结果为 0
elvisLike<String>("", null).length      // 编译错误，null 不能传给 non-null 参数
elvisLike<String?>(null, "123").length  // 结果为 3
elvisLike<String?>(null, null).length   // 编译错误，null 是非法参数

解释： elvisLike 函数模拟 Elvis 操作符行为：first 可能为 null，但 second 必须是非空的。这样可通过编译时确保安全。

多重约束（Multiple Bounds）

泛型变量可以有多个类型约束，但只有一个可以写在 <T> 中，其它的必须使用 where 子句。

示例：

fun <T> sortByDate(list: List<T>)
    where T : Book, T : Watchable<T> { ... }

解释： 类型参数 T 必须既是 Book 的子类，又实现 Watchable<T> 接口。

注意事项：

• Kotlin 和 Java 一样 不支持多继承（类只能继承一个父类）；

• 但类可以实现多个接口，因此多个接口约束是允许的。

总结

• 类型约束用于限制泛型参数类型。

• 最常见的是 上界约束（T : SomeType）。

• 类型约束提高了代码的安全性和可读性。

• Kotlin 支持：

  • 单个约束

  • 多个接口约束（使用 where 子句）

  • 明确不可为空类型（T & Any）

这使得 Kotlin 泛型更加强大、类型安全且灵活。