что такое generics в java

Дженерики (Java, обучающая статья)

Предисловие

За основу данной статьи была взята информация из 6-ой главы книги «Oracle Certified Professional Java SE 7 Programmers Exams 1Z0-804 and 1Z0-805». Она была немного изменена (кое-где обрезана, а кое-где дополнена с помощью Google и Википедии). Здесь показаны далеко не все нюансы дженериков — для более подробной информации следует обратиться к официальной документации. Приятного прочтения.

Введение

Обобщённое программирование — это такой подход к описанию данных и алгоритмов, который позволяет их использовать с различными типами данных без изменения их описания. В Java, начиная с версии J2SE 5.0, добавлены средства обобщённого программирования, синтаксически основанные на C++. Ниже будут рассматриваться generics (дженерики) или > — подмножество обобщённого программирования.

Допустим мы ничего не знаем о дженериках и нам необходимо реализовать специфический вывод на консоль информации об объектах различного типа (с использованием фигурных скобок).

Ниже пример реализации:

В вышеприведённом коде была допущена ошибка, из-за которой на консоли мы увидим следующее:

Теперь на время забудем об этом примере и попробуем реализовать тот же функционал с использованием дженериков (и повторим ту же ошибку):

Самое существенное отличие (для меня) в том, что при ошибке, аналогичной предыдущей, проблемный код не скомпилируется:

Думаю, многие согласятся, что ошибка компиляции «лучше» ошибки времени выполнения, т.к. чисто теоретически скомпилированный код с ошибкой может попасть туда, куда ему лучше бы и не попадать. Это очевидное достоинство дженериков. Теперь подробнее рассмотрим конструкции, относящиеся к дженерикам в этом примере. Для того, чтобы код скомпилировался, достаточно заменить строку

Посмотрим на декларацию BoxPrinter:

После имени класса в угловых скобках » » указано имя типа «Т», которое может использоваться внутри класса. Фактически Т – это тип, который должен быть определён позже (при создании объекта класса).

Внутри класса первое использование T в объявлении поля:

Здесь объявляется переменная дженерик-типа (generic type), т.о. её тип будет указан позже, при создании объекта класса BoxPrinter.

В main()-методе происходит следующее объявление:

Здесь указывается, что Т имеет тип Integer. Грубо говоря, для объекта value1 все поля Т-типа его класса BoxPrinter становятся полями типа Integer (private Integer val;).
Ещё одно место, где используется T:

Как и в декларации val с типом Т, вы говорите, что аргумент для конструктора BoxPrinter имеет тип T. Позже в main()-методе, когда будет вызван конструктор в new, указывается, что Т имеет тип Integer:

Теперь, внутри конструктора BoxPrinter, arg и val должны быть одного типа, так как оба имеют тип T. Например следующее изменение конструктора:

приведёт к ошибке компиляции.

Последнее место использования Т в классе – метод getValue():

Тут вроде тоже всё ясно – этот метод для соответствующего объекта будет возвращать значение того типа, который будет задан при его (объекта) создании.

При создании дженерик-классов мы не ограничены одним лишь типом (Т) – их может быть несколько:

Нет ограничений и на количество переменных с использующих такой тип:

Алмазный синтаксис (Diamond syntax)

Вернёмся немного назад к примеру со строкой кода:

Если типы не будут совпадать:

То мы получим ошибку при компиляции:

Немного лениво каждый раз заполнять типы и при этом можно ошибиться. Чтобы упростить жизнь программистам в Java 7 был введён алмазный синтаксис (diamond syntax), в котором можно опустить параметры типа. Т.е. можно предоставить компилятору определение типов при создании объекта. Вид упрощённого объявления:

Следует обратить внимание, что возможны ошибки связанные с отсутствием «<>» при использовании алмазного синтаксиса

В случае с примером кода выше мы просто получим предупреждение от компилятора, Поскольку Pair является дженерик-типом и были забыты «<>» или явное задание параметров, компилятор рассматривает его в качестве простого типа (raw type) с Pair принимающим два параметра типа объекта. Хотя такое поведение не вызывает никаких проблем в данном сегменте кода, это может привести к ошибке. Здесь необходимо пояснение понятия простого типа.

Посмотрим на вот этот фрагмент кода:

Теперь посмотрим на вот этот:

По результатам выполнения оба фрагмента аналогичны, но у них разная идея. В первом случае мы имеем место с простым типом, во вторым – с дженериком. Теперь сломаем это дело – заменим в обоих случаях

Для простого типа получим ошибку времени выполнения (java.lang.ClassCastException), а для второго – ошибку компиляции. В общем, это очень похоже на 2 самых первых примера. Если в двух словах, то при использовании простых типов, вы теряете преимущество безопасности типов, предоставляемое дженериками.

Универсальные методы (Generic methods)

По аналогии с универсальными классами (дженерик-классами), можно создавать универсальные методы (дженерик-методы), то есть методы, которые принимают общие типы параметров. Универсальные методы не надо путать с методами в дженерик-классе. Универсальные методы удобны, когда одна и та же функциональность должна применяться к различным типам. (Например, есть многочисленные общие методы в классе java.util.Collections.)

Рассмотрим реализацию такого метода:

Нам в первую очередь интересно это:

» » размещено после ключевых слов «public» и «static», а затем следуют тип возвращаемого значения, имя метода и его параметры. Такое объявление отлично от объявления универсальных классов, где универсальный параметр указывается после имени класса. Тело метода вполне обычное – в цикле все элементы списка устанавливаются в одно значение (val). Ну и в main()-методе происходит вызов нашего универсального метода:

Стоит обратить внимание на то, что здесь не задан явно тип параметра. Для IntList – это Integer и 100 тоже упаковывается в Integer. Компилятор ставит в соответствие типу Т – Integer.

А сейчас вопрос – какая (-ие) из нижеприведённых строк откомпилируется без проблем?

Ответ с пояснением:
Первый вариант неправильный, т.к. нельзя создавать объект интерфейса.
Во втором случае мы создаем объект типа ArrayList и ссылку на него базового для ArrayList класса. И там, и там дженерик-тип одинаковый – всё правильно.
В третьем и четвёртом случае будет иметь ошибка компиляции, т.к. дженерик-типы должны быть одинаковыми (связи наследования здесь никак не учитываются).

Условие одинаковости дженерик-типов может показаться не совсем логичным. В частности хотелось бы использовать конструкцию под номером 3. Почему же это не допускается?

Будем думать от обратного – допустим 3-ий вариант возможен. Рассмотрим такой код:

Wildcards (Маски)

Сейчас будут рассмотрены Wildcard Parameters (wildcards). Этот термин в разных источниках переводится по-разному: метасимвольные аргументы, подстановочные символы, групповые символы, шаблоны, маски и т.д. В данной статье я буду использовать «маску», просто потому, что в ней меньше букв…

Как было написано выше вот такая строка кода не скомпилируется:

Но есть возможность похожей реализации:

Под маской мы будем понимать вот эту штуку – » «.

А сейчас пример кода использующего маску и пригодного к компиляции:

Метод printList принимает список, для которого в сигнатуре использована маска:

И этот метод работает для списков с различными типами данных (в примере Integer и String).

Однако вот это не скомпилируется:

И ещё один маленький пример:

Тут не возникнет проблем компиляции. Однако нехорошо, что переменная numList хранит список со строками. Допустим нам нужно так объявить эту переменную, чтобы она хранила только списки чисел. Решение есть:

Данный код не скомпилируется, а всё из-за того, что с помощью маски мы задали ограничение. Переменная numList может хранить ссылку только на список, содержащий элементы унаследованные от Number, а всё из-за объявления: List numList. Тут мы видим, как маске задаётся ограничение – теперь numList предназначен для списка с ограниченным количеством типов. Double как и Integer наследуется от Number, поэтому код приведённый ниже скомпилируется.

То, что было описано выше называется ограниченными масками (Bounded wildcards). Применение таких конструкций может быть весьма красивым и полезным. Допустим нам необходимо посчитать сумму чисел различного типа, которые хранятся в одном списке:

Double-тип был использован для переменной result т.к. он без проблем взаимодействует с другими числовыми типами (т.е. не будет проблем с приведением типов).

На этом все. Надеюсь, данная статья была полезной.

Если Вам понравилась статья, проголосуйте за нее

Голосов: 175 Голосовать

Источник

Что такое дженерики в Java?

Рассмотрим пример, в котором вы должны составить список живых существ в местности. Неважно, человек это, животное или растение. Все, что имеет значение, является живым существом. В этом случае вы бы сгруппировали их как «живые существа», а не классифицировали их.

Точно так же, когда вам нужно хранить некоторые данные, для вас важен контент, а не тип данных, и именно здесь вы используете дженерики. Обобщения в Java – это языковая функция, которая позволяет использовать универсальные типы и методы.

Что такое Generics в Java?

Дженерики в Java – это термин, обозначающий набор языковых возможностей, связанных с определением и использованием общих типов и методов. Общие методы Java отличаются от обычных типов данных и методов. До Generics мы использовали коллекцию для хранения любых типов объектов, т.е. неуниверсальных. Теперь Generics заставляет программиста Java хранить объекты определенного типа.

Если вы посмотрите на классы платформы Java-коллекции, то увидите, что большинство классов принимают параметр / аргумент типа Object. По сути, в этой форме они могут принимать любой тип Java в качестве аргумента и возвращать один и тот же объект или аргумент. Они в основном неоднородны, т.е. не похожего типа.

Иногда в приложении Java тип данных ввода не является фиксированным. Входными данными могут быть целое число, число с плавающей запятой или строка. Чтобы назначить ввод переменной правильного типа данных, необходимо было провести предварительные проверки.

В традиционном подходе после получения ввода проверяется тип данных ввода, а затем назначается переменная правого типа данных. При использовании этой логики длина кода и время выполнения были увеличены. Чтобы избежать этого, были введены дженерики.

Когда вы используете Generics, параметры в коде автоматически проверяются во время компиляции, и он устанавливает тип данных по умолчанию. Так что это то место, где вам нужна концепция обобщений в Java.

Существует 4 различных способа применения:

1. Типовой класс

Класс называется дженериком, если он объявляет одну или несколько переменных типа. Эти типы переменных известны как параметры типа класса Java. Давайте разберемся с этим на примере. В приведенном ниже примере я создам класс с одним свойством x, а типом свойства является объект.

Здесь, как только вы инициализируете класс с определенным типом, класс должен использоваться только с этим конкретным типом. Например, если вы хотите, чтобы один экземпляр класса содержал значение x типа ‘String’, программист должен установить и получить единственный тип String.

Поскольку я объявил тип свойства для объекта, нет никакого способа применить это ограничение. Программист может установить любой объект и может ожидать любой тип возвращаемого значения от метода get, поскольку все типы Java являются подтипами класса Object.

Чтобы применить этот тип ограничения, мы можем использовать обобщенные значения, как показано ниже:

Теперь вы можете быть уверены, что класс не будет неправильно использоваться с неправильными типами. Простой пример «Genericclass» выглядит так, как показано ниже:

Эта аналогия верна и для интерфейса.

2. Интерфейс

Интерфейс в Java относится к абстрактным типам данных. Они позволяют манипулировать коллекциями Java независимо от деталей их представления.

Кроме того, они образуют иерархию в объектно-ориентированных языках программирования.

3. Методы

Универсальные методы очень похожи на универсальные классы. Они отличаются друг от друга только одним аспектом, заключающимся в том, что информация о области действия или типе находится только внутри метода. Универсальные методы вводят свои параметры типа.

Если вы передадите список String для поиска в этом методе, он будет работать нормально. Но если вы попытаетесь найти число в списке строк, это даст ошибку времени компиляции.

4. Конструктор

Конструктор Java – это блок кода, который инициализирует вновь созданный объект. Конструктор напоминает метод экземпляра в Java, но это не метод, поскольку он не имеет возвращаемого типа. Конструктор имеет то же имя, что и класс, и выглядит так в коде Java.

В приведенном выше примере конструктор класса Dimension содержит информацию о типе. Таким образом, вы можете иметь экземпляр измерения со всеми атрибутами только одного типа.

Преимущества дженериков в Java

1. Повторное использование кода.

Вы можете составить стратегию, класс или интерфейс один раз и использовать их для любого типа или любым другим способом.

2. Кастинг отдельных типов не требуется.

По сути, вы восстанавливаете информацию из ArrayList каждый раз, когда вам нужно ее типизировать.

Типирование при каждой задаче восстановления является серьезной задачей. Чтобы искоренить этот подход, были введены дженерики.

3. Реализация неуниверсального алгоритма.

Он может рассчитывать алгоритмы, которые работают с различными типами элементов, которые также являются безопасными типами.

Источник

Руководство по родовым типам в Java (Java Generics) — описание и примеры

Genrics* были добавлены в Java 5 и сейчас являются неотъемлемой частью Java Core. Если вы знакомы с Java Collections версии 5 или выше, то я уверен, что вы использовали generics в своих программах.

*Дженерики/Родовые типы — далее в статье я буду использовать название Generics или дженерики как наиболее используемые, хотя правильный перевод все-таки Родовые типы

Использовать дженерики с классами коллекций не только легко, но и дает гораздо больше возможностей, чем просто задание типа коллекции. Чтобы процесс изучения дженериков был более простым и понятным, мы преимущественно будем использовать код и комментарии к нему.

Кратко о Generics

Начиная с Java 5 весь Collection Framework был переписан с нуля уже с использованием Generics. Давайте посмотрим как дженерики помогают безопасно использовать классы коллекций.

Пример без дженериков

Пример с дженериками:

Использование Generics в интерфейсах и классах

Чтобы понять это, давайте создадим простой класс.

Без generics:

С generics:

Также следует отметить, что мы использовали автоупаковку в Java (Java Autoboxing).

Generics в интерфейсах

Интерфейс Comparable является отличным примером использования Generics в интерфейсах.

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.

Источник