Generics

Generics

Начиная с JDK 1.5, в Java появляются новые возможности для программирования. Одно из таких нововведений являются Generics. Generics являются аналогией с конструкцией "Шаблонов"(template) в С++, но имеет свои нюансы. Generics позволяют абстрагировать множество типов. Наиболее распространенными примерами являются Коллекции.

Вот типичное использование такого рода (без Generics):

 List myIntList = new LinkedList(); // 1
 myIntList.add(new Integer(0)); // 2
 Integer x = (Integer) myIntList.iterator().next(); // 3

Как правило, программист знает, какие данные должны быть в List'e. Тем не менее, Приведение типа ("Cast") в строчке 3 имеет важное очень значение. Компилятор может только гарантировать, что Object будет возвращен итератору, но чтобы обеспечить присвоение переменной типа Integer правильным и безопасным, требуется Cast. Cast не только создает беспорядки, но дает возможность появление ошибки "Runtime Error" из-за невнимательности программиста.

И появляется такой вопрос: "Как с этим бороться? " В частности: "Как же зарезервировать List для определенного типа данных ?"

Как раз такую проблему решают Generics.

 List<Integer> myIntList = new LinkedList<Integer>(); // 1’
 myIntList.add(new Integer(0)); //2’
 Integer x = myIntList.iterator().next(); // 3’

Обратите внимание на объявления типа для переменной myIntList. Он указывает на то, что это не просто произвольный List, а List<Integer>. Мы говорим, что List является generic-интерфейсом, который принимает параметр типа - в этом случае, Integer. Кроме того, необходимо обратить внимание на то, что Cast выполняется по линии 3' автоматически.

Некоторые могут задуматься, что беспорядок в коде увеличился, но это не так. Вместо приведения к Integer в строчке 3, у нас теперь есть Integer в качестве параметра в строчке 1'. Это очень сильно меняет код. Теперь компилятор может проверить этот тип на корректность во время компиляции.

И когда мы говорим, что myIntList объявлен как List<Integer>, это будет справедливо во всем коде и компилятор это гарантирует.

• На заметку:

Эффект от Generics особенно проявляется в крупных проектах, так как он улучшает читаемость и надежность кода в целом.

Свойства

• Строгая типизация
• Единая реализация
• Отсутствие информации о типе

Пример реализации Generic-класса

 public interface List<E> {
     E get(int i);
     set(int i, E e);
     add(E e);
 
     Iterator<E> iterator();
     …
 }

Для того чтобы использовать класс как Generics, мы должны прописать после имени класса <E>. Буква E не обязательна для использование, вместо нее можно подставить любое имя, wildcard и т.д.

После того как было объявлена имя generic-типа его можно использовать как обычный тип внутри метода. И когда в коде будет объявлен ,к примеру, List<Integer>, то Е станет Integer для переменной list (как показано ниже).

Теперь рассмотрим чем старая реализация кода отличается от новой :

List<E> ─ список элементов E

Раньше :

 List list = new List();
 list.add(new Integer(1));
 Integer i = (Integer) list.get(0);

Теперь :

 List<Integer> list = new List<Integer>();
 list.add(new Integer(1));
 Integer i = list.get(0);

Как видите, больше не нужно приводить Integer, так как метод get() возвращает ссылку на объект конкретного типа (в данном случае – Integer).

Несовместимость generic-типов

Это одна из самых важных вещей, которую вы должны узнать о Generics

Как говориться: "В бочке мёда есть ложка дегтя". Для того чтобы сохранить целостности и независимости друг от друга Коллекции, у Generics существует так называемая "Несовместимость generic-типов".

• Суть такова:

Пусть у нас есть тип Foo, который является подтипом Bar, и еще G - наследник Коллекции. 
То G<Foo> не является наследником G<Bar>. 

• Пример:

 List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
 List<Object> lo = li;

Иначе — ошибки

 lo.add(“hello”);
 // ClassCastException
 Integer li = lo.get(0);

Проблемы реализации Generics

• Решение 1 - Wildcard

Пусть мы захотели написать метод, который берет Collection<Object> и выводит на экран. И мы захотели вызвать dump для Integer.

• Проблема

 void dump(Collection<Object> c) {
   for (Iterator<Object> i = c.iterator(); i.hasNext(); ) {
       Object o = i.next();
       System.out.println(o);
   }
 }

 List<Object> l; dump(l);
 List<Integer> l; dump(l); // Ошибка

В этом примере List<Integer> не может использовать метод dump, так как он не является подтипом List<Object>.

Проблема в том что эта реализация кода не эффективна, так как Collection<Object> не является полностью родительской коллекцией всех остальных коллекции, грубо говоря Collection<Object> имеет ограничения.

Для решения этой проблемы используется Wildcard ("?"). Он не имеет ограничения в использовании(то есть имеет соответствие с любым типом) и в этом его плюсы. И теперь, мы можем назвать это с любым типом коллекции.

• Решение

 void dump(Collection<?> c) {
   for (Iterator<?> i = c.iterator(); i.hasNext(); ) {
       Object o = i.next();
       System.out.println(o);
   }
 }

---

• Решение 2 – Bounded Wildcard

Пусть мы захотели написать метод, который рисует List<Shape>. И у Shape есть наследник Circle. И мы хотим вызвать draw для Circle.

• Проблема

 void draw(List<Shape> c) {
   for (Iterator<Shape> i = c.iterator(); i.hasNext(); ) {
       Shape s = i.next();
       s.draw();
   }
 }

 List<Shape> l; draw(l);
 List<Circle> l; draw(l); // Ошибка

Проблема в том, что у нас не получиться из-за несовместимости типов. Предложенное решение используется, если метод который нужно реализовать использовал бы определенный тип и его подтипов. Так называемое "Ограничение сверху". Для этого нужно вместо <Shape> прописать <? extends Shape>.

• Решение

 void draw(List<? extends Shape> c) {
   for (Iterator<? extends Shape> i = c.iterator();
           i.hasNext(); ) {
       Shape s = i.next();
       s.draw();
   }
 }

---

• Решение 3 – Generic-Метод

Пусть вы захотели сделать метод, который берет массив Object и переносить их в коллекцию.

• Проблема

 void addAll(Object[] a, Collection<?> c) {
   for (int i = 0; i < a.length; i++) {
       c.add(a[i]);
   }
 }

 addAll(new String[10], new ArrayList<String>());
 addAll(new Object[10], new ArrayList<Object>());
 addAll(new Object[10], new ArrayList<String>()); // Ошибка
 addAll(new String[10], new ArrayList<Object>()); // Ошибка

Напомним, что вы не можете просто засунуть Object в коллекции неизвестного типа. Способ решения этой проблемы является использование "Generic-Метод" Для этого перед методом нужно объявить <T> и использовать его.

• Решение

 <T> void addAll(T[] a, Collection<T> c) {
   for (int i = 0; i < a.length; i++) {
       c.add(a[i]);
   }
 }

Но все равно после выполнение останется ошибка в третей строчке :

 addAll(new Object[10], new ArrayList<String>()); // Ошибка