Java class extends generic type

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):

List integerList = new LinkedList(); integerList.add(new Integer(0)); Integer x = (Integer) integerList.iterator().next();

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.

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

Обратите внимание на объявления типа для переменной integerList, которое указывает на то, что это не просто произвольный List, а List. Кроме этого теперь java casting выполняется автоматически.

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 :

package test; class GenericSample  < private T value; public GenericSample(T value) < this.value = value; >public String toString() < return ""; > public T getValue() < return value; >>

Пример использования generic-класса GenericSample :

class TestSample < public static void main(String[] args) < GenericSamplevalue1; value1 = new GenericSample(new Integer(10)); System.out.println(value1); // Ошибки нет Integer intValue1 = value1.getValue(); GenericSample value2; value2 = new GenericSample("Hello world"); System.out.println(value2); // Здесь возникает ошибка несоответствия типа Integer intValue2 = value2.getValue(); > >

Проблемы реализации generic

1. Wildcard

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

void dump(Collection c) < for (Iteratori = c.iterator(); i.hasNext();) < Object o = i.next(); System.out.println(o); >> List l; dump(l); // ОК List l; dump(l); // Ошибка

При передаче списка данных с целочисленным типом возникает ошибка. В этом примере список List нельзя передавать в качестве параметра в dump, так как он не является подтипом List.

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.

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

2. Bounded Wildcard

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

void draw(List c) < for (Iteratori = c.iterator(); i.hasNext();) < Shape s = i.next(); s.draw(); >> List l; draw(l); // ОК List l; draw(l); // Ошибка

Возникла ошибка, связанная с несовместимостью типов. В предложенном решении необходимо определить тип и его подтипы. Это есть так называемое «ограничение сверху». Для этого нужно вместо определить .

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

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

void addAll(Object[] a, Collection c) < for (int i = 0; i < a.length; i++) < c.add(a[i]); >> addAll(new String[10], new ArrayList()); addAll(new Object[10], new ArrayList()); addAll(new Object[10], new ArrayList()); // error addAll(new String[10], new ArrayList()); // error

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.

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

Но все равно после выполнение останется ошибка в третьей строчке :

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

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:

T findNearest(Collection glyphs, int x, int y)

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:

T findNearest(Collection glyphs, int x, int y)

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:

class MoveableGlyphsContainter < . public void addGlyph(T glyph)>

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:

interface Bar  interface Bar1 public class Foo  // ok public class Foo  // ошибка

5. Bounded type argument

Метод копирования из одной коллекции в другую

 void addAll(Collection c, Collection c2) < for (Iteratori = c.iterator(); i.hasNext(); ) < T o = i.next(); c2.add(o); >> addAll(new AL(), new AL()); addAll(new AL(), new AL()); //Ошибка

Проблема в том, что две коллекции могут быть разных типов (несовместимость generic-типов). Для таких случаев был придуман Bounded type argument. Он нужен если метод, который мы разрабатываем, использовал бы определенный тип данных. Для этого нужно ввести (N принимает только значения M). Также можно корректно писать . (Принимает значения нескольких переменных).

 void addAll(Collection c, Collection c2) < for (Iteratori = c.iterator(); i.hasNext(); ) < N o = i.next(); c2.add(o); >>

6. Lower bounded wildcard

Метод нахождения максимума в коллекции

List il; Integer I = max(il); class Test implements Comparable  List tl; Test t = max(tl); // Ошибка

Ошибка возникает из-за того, что Test реализует интерфейс Comparable. Решение этой проблемы — Lower bounded wildcard («Ограничение снизу»). Суть заключается в том, что необходимо реализовывать метод не только для Т, но и для его супертипов (родительских типов). Например:

Теперь можно заполнить List, List или List.

6. Wildcard Capture

Реализация метода Swap в List

void swap(List list, int i, int j) < list.set(i, list.get(j)); // Ошибка >

Проблема заключается в том, что метод List.set() не может работать с List, так как ему не известен тип List. Для решение этой проблемы используют Wildcard Capture (или «Capture helpers»), т.е. обманываем компилятор. Напишем еще один метод с параметризованной переменной и будем его использовать внутри нашего метода.

void swap(List list, int i, int j) < swapImpl(list, i, j); > void swapImpl(List list, int i, int j)

Ограничения generic

Невозможно создать массив generic’ов :

Collection c; T[] ta; new T[10]; // Ошибка

Невозможно создать массив generic-классов :

new ArrayList>(); List[] la = new List[10]; // Ошибка !!

Преобразование типов

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

// Уничтожение информации о типе List l = new ArrayList();

// Добавление информации о типе List l = (List) new ArrayList(); List l1 = new ArrayList();

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.

Кроме того, можно сгенерировать исключение, тип которого задается generic-параметром, но экземпляр должен быть создан извне. Это ограничение порождается одним из ограничений Java generic’ов — нельзя создать объект, используя оператор new, тип которого является параметром generic’а.

abstract class Processor  < abstract void process() throws T; // ok void doWork() < try < process(); >catch (T e) < // ошибка времени компиляции >> void doThrow(T except) throws T < throw except; // ok >>

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

Generics, Inheritance, and Subtypes

As you already know, it is possible to assign an object of one type to an object of another type provided that the types are compatible. For example, you can assign an Integer to an Object, since Object is one of Integer‘s supertypes:

Object someObject = new Object(); Integer someInteger = new Integer(10); someObject = someInteger; // OK

In object-oriented terminology, this is called an «is a» relationship. Since an Integer is a kind of Object, the assignment is allowed. But Integer is also a kind of Number, so the following code is valid as well:

public void someMethod(Number n) < /* . */ >someMethod(new Integer(10)); // OK someMethod(new Double(10.1)); // OK

The same is also true with generics. You can perform a generic type invocation, passing Number as its type argument, and any subsequent invocation of add will be allowed if the argument is compatible with Number:

Box box = new Box(); box.add(new Integer(10)); // OK box.add(new Double(10.1)); // OK

Now consider the following method:

What type of argument does it accept? By looking at its signature, you can see that it accepts a single argument whose type is Box . But what does that mean? Are you allowed to pass in Box or Box , as you might expect? The answer is «no», because Box and Box are not subtypes of Box .

This is a common misunderstanding when it comes to programming with generics, but it is an important concept to learn.

Box is not a subtype of Box even though Integer is a subtype of Number.

Note: Given two concrete types A and B (for example, Number and Integer), MyClass has no relationship to MyClass , regardless of whether or not A and B are related. The common parent of MyClass and MyClass is Object.

For information on how to create a subtype-like relationship between two generic classes when the type parameters are related, see Wildcards and Subtyping.

Generic Classes and Subtyping

You can subtype a generic class or interface by extending or implementing it. The relationship between the type parameters of one class or interface and the type parameters of another are determined by the extends and implements clauses.

Using the Collections classes as an example, ArrayList implements List , and List extends Collection . So ArrayList is a subtype of List , which is a subtype of Collection . So long as you do not vary the type argument, the subtyping relationship is preserved between the types.

A sample Collections hierarchy

Now imagine we want to define our own list interface, PayloadList, that associates an optional value of generic type P with each element. Its declaration might look like:

interface PayloadList extends List

The following parameterizations of PayloadList are subtypes of List :

Источник