Дженерики java что это

2. Почему нельзя получить элемент из списка ниже?

The Get and Put Principle или PECS (Producer Extends Consumer Super)

Особенность wildcard с верхней и нижней границей дает дополнительные фичи, связанные с безопасным использованием типов. Из одного типа переменных можно только читать, в другой — только вписывать (исключением является возможность записать null для extends и прочитать Object для super ). Чтобы было легче запомнить, когда какой wildcard использовать, существует принцип PECS — Producer Extends Consumer Super.

и Raw типы

Если мы опустим указание типа, например, как здесь:

Если мы попытаемся вызвать параметризованный метода у Raw типа, то компилятор выдаст нам предупреждение «Unchecked call». Если мы попытаемся выполнить присваивание ссылки на параметризованный тип Raw типу, то компилятор выдаст предупреждение «Unchecked assignment». Игнорирование этих предупреждений, как мы увидим позже, может привести к ошибкам во время выполнения нашего приложения.

Wildcard Capture

Попробуем теперь реализовать метод, выполняющий перестановку элементов списка в обратном порядке.

Более подробно о Wildcard Capture можно прочитать здесь и здесь.

Вывод

Переменные типа

Вот еще пример из класса Enum:

Multiple bounds (множественные ограничения)

Вывод

Переменная типа может быть ограничена только сверху одним или несколькими типами. В случае множественного ограничения левая граница (первое ограничение) используется в процессе затирания (Type Erasure).

Type Erasure

На скриншоте ниже два примера программы:

Разница между ними в том, что слева происходит compile-time error, а справа все компилируется без ошибок. Почему?

Reifiable типы

Почему информация об одних типах доступна, а о других нет? Дело в том, что из-за процесса затирания типов компилятором информация о некоторых типах может быть потеряна. Если она потерялась, то такой тип будет уже не reifiable. То есть она во время выполнения недоступна. Если доступна – соответственно, reifiable.

Решение не делать все обобщенные типы доступными во время выполнения — это одно из наиболее важных и противоречивых проектных решений в системе типов Java. Так сделали, в первую очередь, для совместимости с существующим кодом. За миграционную совместимость пришлось платить — полная доступность системы обобщенных типов во время выполнения невозможна.

И еще одна задачка. Почему в примере ниже нельзя создать параметризованный Exception?

Каждое catch выражение в try-catch проверяет тип полученного исключения во время выполнения программы (что равносильно instanceof), соответственно, тип должен быть Reifiable. Поэтому Throwable и его подтипы не могут быть параметризованы.

Unchecked Warnings

Компиляция нашего приложения может выдать так называемый Unchecked Warning — предупреждение о том, что компилятор не смог корректно определить уровень безопасности использования наших типов. Это не ошибка, а предупреждение, так что его можно пропустить. Но желательно все-так исправить, чтобы избежать проблем в будущем.

Heap Pollution

Как мы упомянули ранее, присваивание ссылки на Raw тип переменной параметризованного типа, приводит к предупреждению «Unchecked assignment». Если мы проигнорируем его, то возможна ситуация под названием » Heap Pollution » (загрязнение кучи). Вот пример:

В строке (1) компилятор предупреждает об «Unchecked assignment».

Рассмотрим еще один пример:

Java разрешает выполнить присваивание в строке (1). Это необходимо для обеспечения обратной совместимости. Но если мы попытаемся выполнить метод add в строке (2), то получим предупреждение Unchecked call — компилятор предупреждает нас о возможной ошибке. В самом деле, мы же пытаемся в список строк добавить целое число.

Reflection

Хотя при компиляции параметризованные типы подвергаются процедуре стирания (type erasure), кое-какую информацию мы можем получить с помощью Reflection.

С появлением Generics класс java.lang.Class стал параметризованным. Рассмотрим вот этот код:

Вывод

Если информация о типе доступна во время выполнения программы, то такой тип называется Reifiable. К Reifiable типам относятся: примитивные типы, непараметризованные типы, параметризованные типы с неограниченным символом подстановки, Raw типы и массивы, элементы которых являются reifiable.

Игнорирование Unchecked Warnings может привести к «загрязнению кучи» и ошибкам во время выполнения программы.

Reflection не позволяет получить информацию о типе объекта, если он не Reifiable. Но Reflection позволяет получить информацию о типе возвращаемого методом значения, о типе аргументов метода и о типе полей класса.

Type Inference

Термин можно перевести как «Вывод типа». Это возможность компилятора определять (выводить) тип из контекста. Вот пример кода:

С появлением даймонд-оператора в Java 7 мы можем не указывать тип у ArrayList :

Предположим у нас есть вот такой класс, который описывает связный список:

Результат обобщенного метода List.nil() может быть выведен из правой части:

Механизм выбора типа компилятором показывает, что аргумент типа для вызова List.nil() действительно String — это работает в JDK 7, все хорошо.

Выглядит разумно, что компилятор также должен иметь возможность вывести тип, когда результат такого вызова обобщенного метода передается другому методу в качестве аргумента, например:

В JDK 7 мы получили бы compile-time error. А в JDK 8 скомпилируется. Это и есть первая часть JEP-101, его первая цель — вывод типа в позиции аргумента. Единственная возможность осуществить это в версиях до JDK 8 — использовать явный аргумент типа при вызове обобщенного метода:

Вторая часть JEP-101 говорит о том, что неплохо бы выводить тип в цепочке вызовов обобщенных методов, например:

Но данная задача не решена до сих пор, и вряд ли в ближайшее время появится такая функция. Возможно, в будущих версиях JDK необходимость в этом исчезнет, но пока нужно указывать аргументы вручную:

После выхода JEP 101 на StackOverflow появилось множество вопросов по теме. Программисты спрашивают, почему код, который выполнялся на 7-й версии, на 8-й выполняется иначе – или вообще не компилируется? Вот пример такого кода:

Посмотрим на байт-код после компиляции на JDK1.8:

А теперь байт-код после компиляции на JDK1.7 – то есть на Java 7:

Чтобы избежать таких проблем, Oracle выпустил руководство по переходу с JDK1.7 на JDK 1.8 в котором описаны проблемы, которые могут возникнуть при переходе на новую версию Java, и то, как эти проблемы можно решить.

Например если вы хотите, чтобы в коде выше после компиляции на Java 8 все работало так же, как и на Java 7, сделайте приведение типа вручную:

Заключение

На этом мой рассказ о Java Generics подходит к концу. Вот другие источники, которые помогут вам в освоении темы:

Источник

Дженерики в Java для самых маленьких: синтаксис, границы и дикие карты

Разбираемся, зачем нужны дженерики и как добавить их в свой код.

У нас в парадной подъезде рядом с почтовыми ящиками стоит коробка. Предполагалось, что туда будут выбрасывать бумажный спам, который какие-то вредители упорно кладут в эти самые ящики. Но в коробке вместе с бумажками лежат пустые бутылки и банки, подозрительного вида пакеты, а в нынешних реалиях — ещё и использованные медицинские маски. Почему люди так делают? Потому что так можно.

Теперь представьте, что содержимое коробки вы отвозите на переработку, а перед этим каждый раз приходится отделять бумагу от прочего мусора. Не хотели бы вы заполучить такую коробку, которая не даст положить в себя что-то, кроме бумаги? Если ваш ответ «да» — вам понравятся дженерики (generics).

Содержание

Фулстек-разработчик. Любимый стек: Java + Angular, но в хорошей компании готова писать хоть на языке Ада.

Знакомимся с дженериками

До появления дженериков программисты могли неявно предполагать, что какой-то класс, интерфейс или метод работает с элементами определённого типа.

Посмотрите на этот фрагмент кода:

Здесь предполагается, что метод printSomething работает со списком строк. Мы можем догадаться об этом, потому что в цикле все элементы приводятся (преобразуются) к классу String, а потом ещё и метод length этого класса вызывается.

Но смотрите, что сделали программисты Саша и Маша, — они поленились заглянуть внутрь метода и положили в список: один — число, а вторая — экземпляр StringBuilder.

Вот только тестировщик назначил баг не кому-то из них, а Паше, который написал метод printSomething, — потому что ошибка произошла именно во время его выполнения.

Паша быстро нашёл истинных виновников и попросил их исправить заполнение списка. Но на будущее решил подстраховаться от подобных ситуаций и переписал метод с использованием дженериков. Вот так:

Теперь, если кто-то захочет положить в массив нестроковый элемент, ошибка станет заметной сразу — ещё на этапе компиляции.

Обратите внимание, что во второй версии Пашиного метода item не приводится насильно к типу String. Мы просто получаем в цикле очередной элемент списка, и компилятор соглашается, что это, очевидно, будет строка. Код стал менее громоздким, читать его стало проще.

Объявляем дженерик-классы и создаём их экземпляры

Давайте запрограммируем ту самую коробку, о которой шла речь в начале статьи: создадим класс Box, который умеет работать только с элементами определённого типа. Пусть для простоты в этой коробке пока будет только один элемент:

В классе два метода:

Во всех случаях, кроме заголовка класса, символ T пишется без угловых скобок, он обозначает один и тот же параметр типа.

Теперь создадим коробку для бумаги. Пусть за бумагу отвечает класс Paper, а значит, экземпляр правильной коробки создаётся вот так:

Это полный вариант записи, но можно и короче:

Так как слева мы уже показали компилятору, что нужна коробка именно для бумаги, справа можно опустить повторное упоминание Paper — компилятор «догадается» о нём сам.

Это «угадывание» называется type inference — выведение типа, а оператор « <>» — это diamond operator. Его так назвали из-за внешнего сходства с бриллиантом.

E — element, для элементов параметризованных коллекций;

K — key, для ключей map-структур;

V — value, для значений map-структур;

N — number, для чисел;

T — type, для обозначения типа параметра в произвольных классах;

S, U, V и так далее — применяются, когда в дженерик-классе несколько параметров.

Дженерик-классы хороши своей универсальностью: с классом Box теперь можно создать не только коробку для бумаги, но и, например, коробки для сбора пластика или стекла:

А можно пойти ещё дальше и создать дженерик-класс с двумя параметрами для коробки с двумя отсеками. Вот так:

Теперь легко запрограммировать коробку, в одном отсеке которой будет собираться пластик, а во втором — стекло:

Обратите внимание, что type inference и diamond operator позволяют нам опустить оба параметра в правой части.

Объявляем и реализуем дженерик-интерфейсы

Объявление дженерик- интерфейсов похоже на объявление дженерик-классов. Продолжим тему переработки и создадим интерфейс пункта переработки GarbageHandler сразу с двумя параметрами: тип мусора и способ переработки:

Реализовать (имплементить) этот интерфейс можно в обычном, не дженерик- классе:

Но можно пойти другим путём и сначала объявить дженерик-класс с двумя параметрами:

Или скомбинировать эти два способа и написать дженерик-класс только с одним параметром:

Дженерик-классы и дженерик-интерфейсы вместе называются дженерик-типами.

Можно создавать экземпляры дженерик-типов «без расшифровки», то есть никто не запретит вам объявить переменную типа Box — просто Box:

Для такого случая даже есть термин — raw type, то есть «сырой тип». Эту возможность оставили в языке для совместимости со старым кодом, который был написан до появления дженериков.

В новых программах так писать не рекомендуется. Да и зачем? Ведь при таком способе теряются все преимущества использования дженериков.

Пишем дженерик-методы

В примерах выше мы уже видели параметризованные методы в дженерик-классах и интерфейсах. Типизированными могут быть как параметры метода, так и возвращаемый тип.

До этого мы использовали в методах только те обозначения типов, которые объявлены в заголовке дженерик-класса или интерфейса, но это не обязательно. Предположим, у нашего пункта переработки есть ещё опция: сбор опасных отходов, которые сотрудники вывозят на утилизацию в другое место. Напишем метод для этого:

У метода transfer есть свой личный параметр для типа, который не обязан совпадать ни с типом T, ни с типом S. При первом упоминании новый параметр, как и в случае с заголовком класса или интерфейса, пишется в угловых скобках.

Дженерик-методы можно объявлять и в обычных (не дженерик) классах и интерфейсах. Наш класс для переработки мог быть выглядеть так:

Здесь дженерики используются только в методе.

Обратите внимание на синтаксис: параметры типов объявляются после модификатора доступа ( public), но перед возвращаемым типом ( void). Они перечисляются через запятую в общих угловых скобках.

Ограничиваем дженерики сверху и снизу

Давайте немного расширим наше представление о мусоре и введём для него дополнительное свойство — массу «типичного представителя», то есть массу одной пластиковой бутылки или листка бумаги, например.

Теперь попробуем использовать эту массу в методе уже знакомого класса Box:

И получим ошибку при компиляции: мы не рассказали компилятору, что T — это какой-то вид мусора. Исправим это с помощью так называемого upper bounding — ограничения сверху:

Теперь метод getItemWeight успешно скомпилируется.

Здесь T extends Garbage означает, что в качестве T можно подставить Garbage или любой класс-наследник Garbage. Из уже известных нам классов это могут быть, например, Paper или Plastic. Так как и у Garbage, и у всех его наследников есть метод getWeight, его можно вызывать в новой версии дженерик-класса Box.

Для одного класса или интерфейса можно добавить сразу несколько ограничений. Вспомним про интерфейс для пункта приёма мусора и введём класс для метода переработки — HandleMethod. Тогда GarbageHandler можно переписать так:

Wildcards

Термин wildcard пришёл в программирование из карточной игры. В покере, например, так называют карту, которая может сыграть вместо любой другой. Джокер — известный пример такой «дикой карты».

Wildcard нельзя подставлять везде, где до этого мы писали буквенные обозначения. Не получится, например, объявить класс Box или дженерик-метод, который принимает такой тип:

Wildcards удобно использовать для объявления переменных и параметров методов совместно с классами из Java Collection Framework — здесь собраны инструменты Java для работы с коллекциями. Если вы не очень хорошо знакомы с ними, освежите знания, прочитав эту статью.

В примере ниже мы можем подставить вместо «?» любой тип, в том числе Paper, поэтому строка успешно скомпилируется:

Wildcards можно применять для ограничений типов:

Это уже знакомое нам ограничение сверху, upper bounding, — вместо «?» допуст им Garbage или любой его класс-наследник, то есть Paper подходит.

Но можно ограничить тип и снизу. Это называется lower bounding и выглядит так:

Собираем понятия, связанные с дженериками

Мы не успели разобраться с более сложными вещами — например, с заменами аргументов типов в классах-наследниках, с переопределением дженерик-методов, не узнали об особенностях коллекций с wildcards.

Обо всём этом и не только — в следующих статьях. А пока соберём небольшой словарик из терминов, которые связаны с использованием дженериков, — они пригодятся при чтении специальной литературы:

Ещё больше о дженериках, коллекциях и других элементах языка Java узнайте на нашем курсе «Профессия Java-разработчик». Научим программировать на самом востребованном языке и поможем устроиться на работу.

Переменные ссылочного типа хранят адрес ячейки в памяти, в которой лежит значение этой переменной.
В этом их ключевое отличие от примитивных типов, когда в переменной хранится само значение.
Все ссылочные типы в Java наследуются от типа Object.

Источник

Обобщение типа данных, generic

Начиная с Java 5 появились новые возможности для программирования, к которым следует отнести поддержку обобщенного программирования, названная в Java generic. Эта возможность позволяет создавать более статически типизированный код. Соответственно, программы становятся более надежными и проще в отладке.

generic являются аналогией с конструкцией «Шаблонов»(template) в С++. Ожидалось, что дженерики Java будут похожи на шаблоны C++. На деле оказалось, что различия между generic’ами Java и шаблонами С++ довольно велики. В основном generic в Java получился проще, чем их C++-аналог, однако он не является упрощенной версией шаблонов C++ и имеют ряд значительных отличий. Так, в языке появилось несколько новых концепций, касающихся generic’ов – это маски и ограничения.

Рассмотрим 2 примера без использования и с использованием generic. Пример без использования generic с приведением типа (java casting):

В данном примере программист знает тип данных, размещамый в List’e. Тем не менее, необходимо обратить особое внимание на приведение типа («java casting»). Компилятор может лишь гарантировать, что метод next() вернёт Object, но чтобы обеспечить присвоение переменной типа Integer правильным и безопасным, требуется java casting. Приведение типа не исключает возможности появления ошибки «Runtime Error» из-за невнимательности разработчика.

Возникает вопрос: «Как с этим бороться? Каким образом зарезервировать List для определенного типа данных?». Данную проблему решают дженерики generic. В следующем примере используется generic без приведения типов.

В примере вместо приведения к Integer, был определен тип списка List. В этом заключается существенное отличие, и компилятор может проверить данный тип на корректность во время компиляции во всем коде. Эффект от generic особенно проявляется в крупных проектах: он улучшает читаемость и надежность кода в целом.

Свойства Generics

Объявление generic-класса

Объявить generic-класс совсем несложно. Пример такого объявления :

Пример использования generic-класса GenericSample :

Проблемы реализации generic

1. Wildcard

Рассмотрим процедуру dump, которой в качестве параметров передается Collection для вывода значений в консоль.

Проблема состоит в том что данная реализация кода не эффективна, так как Collection не является полностью родительской коллекцией всех остальных коллекций, грубо говоря Collection имеет ограничения. Для решения этой проблемы используется Wildcard («?»), который не имеет ограничения в использовании, то есть имеет соответствие с любым типом, и в этом его плюсы. И теперь, мы можем вызвать это с любым типом коллекции.

2. Bounded Wildcard

Рассмотрим процедуру draw, которая рисует фигуры, наследующие свойства родителя Shape. Допустим у Shape есть наследник Circle, и его необходимо «изобразить».

Использование позволяет использовать тип Cycle и всех его предков вполоть до Object.

3. Generic метод

Определим процедуру addAll, которая в качестве параметров получает массив данных Object[] и переносит его в коллекцию Collection

Ошибки, возникающие в последних строках связаны с тем, что нельзя просто вставить Object в коллекции неизвестного типа. Способ решения этой проблемы является использование «generic метода«. Для этого перед методом нужно объявить и использовать его.

Но все равно после выполнение останется ошибка в третьей строчке :

Допустим имеется функция, которая находит ближайший объект к точке Glyph из заданной коллекции. Glyph – это базовый тип, и может иметься неограниченное количество потомков этого типа. Также может иметься неограниченное количество коллекций, хранящих элементы, тип которых соответствует одному из этих потомков. Хотелось бы, чтобы функция могла работать со всеми подобными коллекциями, и возвращала элемент, тип которого совпадал бы с типом элемента коллекции, а не приводился к Glyph. Следующий пример не очень удачный:

Функция выглядит неплохо, но, тем не менее, не лишена недостатков. Получается так, что функции можно передать коллекцию любого типа. Это усложняет реализацию функции, порождая необходимость проверки типа элемента. Будет гораздо лучше написать так:

Теперь все встает на свои места, и в функцию можно передать только коллекцию, элементы которой реализуют интерфейс Glyph. generic сделал свое дело, код получился более типобезопасным.

4. Generic-классы

Наследование можно применять и для параметров generic-классов:

Как в методах, так и в классах можно задать более одного базового интерфейса, который должен реализовывать generic-параметр. Это делается при помощи следующего синтаксиса:

В данном примере generic-параметр должен реализовывать не только интерфейс Glyph, но и MoveableGlyph. Ограничений на количество интерфейсов, которые должен реализовывать переданный тип, нет. Но в класс можно передать только один, т.к. в Java нет множественного наследования. Типы в этом списке могут быть generic-типами, но ни один конкретный интерфейс не может появляться в списке более одного раза, даже с разными параметрами:

5. Bounded type argument

Метод копирования из одной коллекции в другую

6. Lower bounded wildcard

Метод нахождения максимума в коллекции

6. Wildcard Capture

Реализация метода Swap в List

Ограничения generic

Невозможно создать массив generic’ов :

Невозможно создать массив generic-классов :

Преобразование типов

В Generics также можно манипулировать с информацией, хранящийся в переменных.

Наследование исключений в generic’ах

Возможность использовать параметр generic-класса или метода в throws позволяет при описании абстрактного метода не ограничивать разработчика, использующего класс или интерфейс, конкретным типом исключения. Но использовать тип, заданный в качестве параметра, в catch-выражениях нельзя.

Необходимо добавить, что тип, переданный в качестве параметра, должен обязательно быть наследником Throwable.

Таким образом, generic-и в Java получились проще и внесли несколько интересных концепций, таких как маски (wildcard) и ограничения, которые, добавили удобство при работе и помогли решить проблемы. Но, как и любое усложнение языка, эти нововведения затрудняют его понимание и изучение. Появление generic-ов сделало язык Java более выразительным и строгим; такие изменения только на пользу.

Источник

• Популярная книга Круть доступна для чтения прямо сейчас на нашем сайте boochi.ru. Скачать книгу в формате FB2, TXT, PDF, EPUB бесплатно без регистрации. →