ジェネリクスの原則?について

Question

適切なタイトルがよくわからなかったのですが、以下のブログの内容についての質問です。
http://d.hatena.ne.jp/ryoasai/20110325/1301078699
内容はジェネリクスの非変性、共変性、反変性についてです。
以下のような記述があります。
「反変な型変数はメソッドの入力パラメータの型としてのみ使える
共変な型変数はメソッドの戻り値の型としてのみ使える」
これについての質問です。
自分でも色々試してみたのですが、いまいち納得できません。
私の考えていることとブログの内容で剥離があるかもしれないと感じたので、質問いたします。
まずは、「反変性は入力パラメータとして使える」についてです。
以下のようなコードを考えました。

public static Integer methodA(List<Integer> list) {
        if(!list.isEmpty()){
            return list.get(0);
        } else {
            return null;
        }
    }

上のコードで基本的にlistは空ではないとすると、一番初めの要素が帰ってくるわけです。
「反変性は入力パラメータに使える」ということはList<Number>型のパラメータを引数に指定できるという意味になるのでしょうか？
そうすると、戻り値の方はNumber型になってしまうのですが、それはまずいのではないでしょうか？

また、「共変性は戻り値の型として使える」についてですが、
以下のようなコードを考えました。

public static <E> ArrayList<E> methodB(E element) {
        ArrayList<E> list = new ArrayList<E>();
        list.add(element);
        return list;
    }

そして、

ArrayList<Number> list = methodB(new Integer(1));
list.add(new Double(1.0));

はもし共変性があれば、可能なのですが、この時これに付随する問題は2行めに示したコードで正直なところ「共変性は戻り値の型として使える」という文の意味がよくわかりません。
すみませんが、簡単な解説をお願いします。

Answer 1

まず、元記事をよく読みましょう。「反変な型変数はメソッドの入力パラメータの型としてのみ使える
共変な型変数はメソッドの戻り値の型としてのみ使える」 としているのはC#やScalaでの話です。
そして、「Javaの総称型が共変・反変をサポートしていると仮定して」の話で、

上のコードで基本的にlistは空ではないとすると、一番初めの要素が帰ってくるわけです。

「反変性は入力パラメータに使える」ということはList<Number>型のパラメータを引数に指定できるという意味になるのでしょうか？

これがその通りになります。そうすると、

そうすると、戻り値の方はNumber型になってしまうのですが、それはまずいのではないでしょうか？

その通りまずいので、Javaで総称型は共変・反変をサポートしていないのです。元記事でこれを「型安全でなくなる」としています。以下のコードです。

 MyBean<Number> a = new MyBean<Number>();
 MyBean<Integer> b = a; // 反変性のためこの代入が許される
  
 a.setValue(new BigDecimal("100"));
 Integer intValue = b.getValue(); // これを許可すると型安全でなくなる。

---

###「反変な型変数はメソッドの入力パラメータの型としてのみ使える 共変な型変数はメソッドの戻り値の型としてのみ使える」
について説明してみたいと思います。馴染み深いであろうListを使って説明します。また反変や共変を、元記事で「局所的にそのように振る舞う」? super T,? extends Tの形で書きます。

• 反変

List<? super Integer> list = new ArrayList<Number>();
list.add(1);

1行目でNumberのListのオブジェクト生成をし、それをList<Integer>と反変なList型変数listに入れています。listの実体はもちろんaddでNumberを引数に取ります。
これをList<Integer>と反変な型に入れたため、実際の型は見えなくなります。しかしメソッドで総称型の引数を取る部分は、その型がIntegerの親クラス型であることが確定します。addはもちろん総称型の引数を取ります。それがNumberであれObjectであれ、Integerを渡すことに何ら障害がありません。このため、反変な型変数は入力パラメータとして使えるのです。ただし、getする際には返り値がIntegerの親クラスということはわかっても、安全に扱える型が結局Object型しかありません。このため返り値の型として反変は使えません。

• 共変

List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(Integer.of(1)));
list.get(0);

1行目で今度はIntegerのListオブジェクトを生成し、適当に要素を入れて、List<Number>と共変な変数に入れています。今度はメソッドの総称型引数の部分がNumberのサブタイプということがわかっても、安全に入れられる型が存在しません。一方、総称型メソッド(getなど)の返り値はNumberのサブタイプであることが確かなので、Number型として扱えます。これが「共変な型変数はメソッドの戻り値の型としてのみ使える」という意味です。

Comments

[退会済みユーザー]

回答ありがとうございます。
>今度はメソッドの総称型引数の部分がNumberのサブタイプということがわかっても、安全に入れられる型が存在しません。

ここがいまいちわからなかったのですが、Numberのサブタイプなら安全に入れることができるのではないでしょうか？

[swordone]

実体がIntegerであればDoubleなどを入れることができません。String型の変数にObject型が入れられないのと同じ理由です。

[退会済みユーザー]

swordoneさんの例だと反変の例の方も実態はNumber型のはずなのに、なぜこちらはNumber型以外のもの（Object型など）を代入できるのでしょうか？

[swordone]

Number以外でObject型を代入できるとは言っていませんよ。
私は「実体の総称型の部分がNumberやObjectの場合でも」ということを言っているのです。Number型やObject型の引数の部分にIntegerを渡すのは問題ないですよね？

[退会済みユーザー]

よく理解できたと思います。
回答ありがとうございました。

Answer 2

反変や共変の例として挙げておられるメソッドの引数が全て非変になってしまってますので、反変・共変・非変がどの場合に適用されるのかを勘違いされているように見えました。Listの型引数の部分をどのように書くかでそこに書いたList型が非変/反変/共変のどれになるかが変わります。

List<Integer>           // 非変(要素の型はIntegerと一致しなければならない)
List<? super Integer>   // 反変(要素の型はIntegerもしくはその基底クラス)
List<? extends Number>  // 共変(要素の型はNumberもしくはその派生クラス)

この例でいえば

1. 非変に適合する型

List<Integer>のみ
2. 反変に適合する型
List<Integer>,List<Number>,List<Object>,List<? super Number>といったものがあります。
3. 共変に適合する型
List<Integer>,List<? extends Integer>, List<Number>といったものがあります。

これを踏まえて共変・反変・非変について再度考えてみるとよいと思います。また実際にコンパイルしてみると最初の例の引数を反変に書き直すとコンパイルエラーになりガードされる（危険なコードは書けない）ことがわかると思います。

Comments

[退会済みユーザー]

回答ありがとうございます。
それらの事項はすでに存じております。
「再度考えてみるとよい」とのことですが、どのように考えればよいのでしょうか？

[KSwordOfHaste]

あれ？ではなぜmethodAの引数が反変じゃないのに反変として質問されているのでしょう？反変として考えるならInteger methodA(List<? super Integer> a)として考えるべきですが、そうなっていなかったので上のような回答をしたのです。

[KSwordOfHaste]

若干回答を補足してみました。

[退会済みユーザー]

質問の仕方が悪く、申し訳ありませんでした。
回答ありがとうございました。