Generické typy

Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek

Generické typy

  • Generické typy = něco obecně použitelného, zobecnění

  • Třídy v Javě mají společného předka, třídu Object.

  • Potřebujeme-li pracovat s nějakými objekty, o kterých neznáme typ, můžeme využít společného předka a pracovat s ním.

  • Například do jednoho seznamu prvků Person vložíme prvky Employee i Manager současně.

  • Synonymum: generické typy = generika.

Vtip

Generics

Deklarace seznamu vs generika

// no generics (obsolete)
public interface List { ... }
// generic type E
public interface List<E> { ... }

  • do špičatých závorek umístíme symbol — seznam bude obsahovat prvky E (předem neznámého) typu

  • je doporučováno používat velké, jednopísmenné označení typů

  • písmeno vystihuje použití — T je type, E je element

  • E nahradíme jakoukoliv třídou nebo rozhraním

Příklad seznamu lidí

class Person { ... }
class Employee extends Person { ... }
class Manager extends Person { ... }

List<Person> people = new ArrayList<>();
// all items are people:
people.add(employee1);
people.add(manager1);
people.add(person1);

Jednoduché využití v metodách

E get1(int index);
Object get2(int index);

  • get1 vrací pouze objekty, které jsou typu E — je vyžadován speciální typ

  • get2 vrací libovolný objekt, tj. musíme pak přetypovávat

boolean add(E o);

  • přidává do seznamu prvky typu E

Výhody generik

List numbers1 = new ArrayList();
numbers1.add(1);
numbers1.add(new Object()); // allowed, unwanted
Integer n = (Integer) numbers1.get(0);

List<Integer> numbers2 = new ArrayList<>();
numbers2.add(1);
numbers2.add(new Object()); // won't compile!
n = numbers2.get(0);

  • do seznamu numbers1 lze vložit libovolný objekt

  • při získávání objektů se spoléháme na to, že se jedná o číslo

  • do numbers2 nelze obecný objekt vložit, je nutné vložit číslo

Motivace

  • Chceme seznam různých typů seznamů, tak jej vytvoříme následovně:

List<List<Object>> listOfDifferentLists;

  • Máme problém — seznam čísel není seznamem objektů:

List<Number> numbers = new ArrayList<Number>();
List<Object> general = numbers; // won't compile!
List<? super Number> general2 = numbers; // solution
Do seznamu, který obsahuje nejvýše čísla lze vkládat pouze objekty, které jsou alespoň čísly.

Žolíci (wildcards) I

Generika poskytují nástroj zvaný žolík (wildcard) , který se zapisuje jako <?>.

List<Number> numbers = new ArrayList<Number>();
List<?> general = numbers; // OK
general.add("Not a number"); // won't compile!

  • List<?> říká, že jde o seznam neznámých prvků.

  • Jelikož nevíme, jaké prvky v seznamu jsou, nemůžeme do něj ani žádné prvky přidávat.

  • Jedinou výjimkou je žádný prvek null, který lze přidat kamkoliv.

Abstraktní třída Number reprezentuje numerické primitivní typy (int, long, double, …​)

Žolíci (wildcards) II

  • Ze seznamu neznámých objektů můžeme prvky číst.

  • Každý prvek je alespoň instancí třídy Object:

public static void printList(List<?> list) {
  for (Object e : list) {
    System.out.println(e);
  }
}

Žolíci a polymorfismus I

Nasledující metoda dělá sumu ze seznamu čísel:

public static double sum(List<Number> numbers) {
  double result = 0;
  for (Number e : numbers) {
    result += e.doubleValue();
  }
  return result;
}
...
List<Number> numbers = List.of(1,2,3);
sum(numbers); // it works
List<Integer> integers = List.of(1,2,3);
sum(integers); // won't compile!

Žolíci a polymorfismus II

  • Integer je Number a přesto seznam List<Integer> nelze použít!

  • Nechceme List<Number>, řešením je seznam neznámých prvků, které jsou nejvýše čísly.

public static double sum(List<? extends Number> numbers) { ... }

  • Toto použití žolíku má uplatnění i v rozhraní List<E>, např. v metodě addAll:

boolean addAll(Collection<? extends E> c);

  • Uvědomte si následující — žolík je zkratka pro neznámý prvek rozšiřující Object.

Žolíci a dědičnost

Další použití žolíků:

  • Parametrem metody je instance třídy, která je v hierarchii mezi třídou specifikovanou naším obecným prvkem E a třídou Object.

  • Například chceme setřídit množinu celých čísel.

  • Existuje třídění podle:

    • hodnoty metody hashCode() — na úrovni třídy Object

    • čísla — na úrovni třídy Number

    • celého čísla — na úrovni třídy Integer

  • Konstruktor stromové setříděné mapy:

public TreeSet(Comparator<? super E> c);

Žolíci a více typů

  • Deklarace obecného rozhraní setříděné mapy:

public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V> { ... }

  • Je-li třeba použít více nezávislých obecných typů, zapíšeme je do zobáčků jako seznam hodnot oddělených čárkou.

  • K je key, V je value.

  • Je možné použít i žolíků, viz následující příklad konstruktorů stromové mapy:

public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m);
public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m);

Generické metody

  • Pro používání generik a žolíků v metodách platí stále stejná pravidla.

  • Generická metoda = metoda parametrizována alespoň jedním obecným typem.

  • Obecný typ nějakým způsobem váže typy proměnných a/nebo návratové hodnoty metody.

  • Příklad statické metody, která přenese prvky z pole do seznamu (pole i seznam musí mít stejný typ):

static <T> void arrayToList(T[] array, List<T> list) {
  for (T o : array)  list.add(o);
}

  • Ve skutečnosti nemusí být seznam list téhož typu — stačí, aby jeho typ byl nadtřídou typu pole array.

  • Např. Integer[] array a List<Number> list

    • prvky z pole do seznamu se dají kopírovat (i když typy nejsou stejné!), protože Integer je Number

Generics metody vs. wildcards

  • Chceme, aby typ u generické metody spojoval parametry nebo parametr a návratovou hodnotu.

  • Ne úplně správné (funkční) použití generické metody:

static <T, S extends T> void copy(List<T> destination, List<S> source);

  • Lepší zápis, T spojuje dva parametry metody a přebytečné S je nahrazené žolíkem:

static <T> void copy(List<T> destination, List<? extends T> source);
Metody jsou public, viditelnost je vynechána kvůli lepší přehlednosti.

Pole

  • Pro pole nelze použít parametrizovanou třídu.

  • Při vkládání prvků do pole runtime systém kontroluje pouze typ vkládaného prvku.

  • Do pole řetězců bychom pak mohli vložit pole čísel a pod.

// generic array creation error
public <T> T[] returnArray() {
  return new T[10];
}

  • Jde však použít třídu s žolíkem, který není vázaný:

List<?>[] pole = new List<?>[10];

Vícenásobná vazba generik I

  • Uvažujme následující metodu, která vyhledává maximální prvek kolekce.

static Object max(Collection<T> c);

  • Prvky kolekce musí implementovat rozhraní Comparable, což není syntaxí vůbec podchyceno.

    • Zavolání této metody proto může vyvolat výjimku ClassCastException!

  • Chceme, aby prvky kolekce implementovali rozhraní Comparable.

static <T extends Comparable<? super T>> T max(Collection<T> c);
// if generics are removed
static Comparable max(Collection c); // does not return Object!

Vícenásobná vazba generik II

  • Signatura metody se změnila — má vracet Object, ale vrací Comparable!

    • Metoda musí vracet Object kvůli zpětné kompatibilitě.

  • Využijeme tedy vícenásobnou vazbu:

static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max (Collection<T> c);

  • Po výmazu má metoda správnou signaturu, protože v úvahu se bere první zmíněná třída.

  • Obecně lze použít více vazeb, například když je obecný prvek implementací více rozhraní.

Závěr

  • Generiky mají i další využití, například u reflexe.

  • Tohle však již překračuje rámec začátečnického seznamování s Javou.

  • Slidy vychází z materiálů

    • Javy firmy Sun

    • Generics in the Java Programming Language od Gilada Brachy