java что такое дженерики какую проблему они решают
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 
Обобщения в Java (Java Generics)
Дженерики появились в Java 1.5 и призваны обезопасить код от неправильной типизации. Параметризируя класс, интерфейс или метод, можно добиться гибкости в переиспользовании алгоритмов, строгой проверки типов и упростить написание кода.
Без использования дженериков в код может пробраться ошибка типов:
Здесь мы случайно добавили в список число 3, а затем берём из списка строки. Код скомпилируется, но вот при запуске будет выдан ClassCastException на последней строке.
Перепишем с использованием дженериков:
Готовим дженерики
Для наглядности опишем гараж в терминах ООП. У нас будет некоторое транспортное средство:
Небольшая невнимательность, и вот вместо мотоцикла мы вывозим кучу металлолома марки «ClassCastException».
Параметризация класса
Для параметризации класса или интерфейса, необходимо добавить после имени класса. Вместо T можно использовать что-то другое, например V, VEHICLE, но обычно используют T, как сокрашение от Type. Это T можно будет подставлять в своём классе как тип объекта.
Перепишем класс Garage.
Какого чёрта в нашем гараже делает Юпитер? И почему это компилируется и работает? Ответ прост: мы не указали верхнюю границу типов.
Верхняя граница типов
Когда мы переписывали класс Garage с обычной версии на версию с дженериками, мы забыли о том, что изначально в гараже были объекты типа Vehicle. Нужно это исправить и указать, что T должно быть не любым объектом, а подклассом Vehicle.
Для это служит такая конструкция:
Пример с множественной параметризацией
Для примера сделаем трёхместный гараж.
Во втором случае, хоть мы и указали, что на первом месте должен быть Car, поставить Truck мы всё-таки можем, ведь он наследуется от Car. Но вот при получении объекта, Truck мы явно уже не получим, разве что явным приведением типа: Truck truck = (Truck) garage2.get1();
Дженерики и массивы
Теперь сделаем гараж, в который можно ставить множество транспортных средств одного типа. На ум, конечно же, приходит массив.
Дженерики и списки
Вместо массива можно использовать список. Поскольку интерфейс List параметризован, мы можем указать ему тип T и использовать в своей реализации гаража с переменным размером.
Wildcards
Wildcards обозначаются знаком вопроса (ещё он зовётся джокером). Их можно ограничивать верхней и нижней границей, что существенно увеличивает мощь дженериков.
Чтобы исправить проблему с добавлением нескольких грузовиков в гараж с автомобилями, нужно использовать верхнюю границу подстановки.
Вместо
void addAll(List list)
метод должен быть объявлен как
void addAll(List list)
Нижняя граница подстановки
Ещё одна проблема кроется в методе forEach. Там мы не можем использовать Consumer или Consumer :
На этот раз нам нужно ограничение по нижней границе, чтобы Consumer мог использовать иерархию классов, начиная от Car, а именно Car, Vehicle, Object.
Теперь, объявив метод forEach вместо
void forEach(Consumer consumer)
как
void forEach(Consumer consumer)
приведённый выше пример будет работать.
PECS
Давайте добавим ещё два метода. Первый будет заменять сразу несколько транспортных средств в гараже, а второй возвращать список транспортных средств, удовлетворяющих некоему критерию.
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.
Пришел, увидел, обобщил: погружаемся в Java Generics
Java Generics — это одно из самых значительных изменений за всю историю языка Java. «Дженерики», доступные с Java 5, сделали использование Java Collection Framework проще, удобнее и безопаснее. Ошибки, связанные с некорректным использованием типов, теперь обнаруживаются на этапе компиляции. Да и сам язык Java стал еще безопаснее. Несмотря на кажущуюся простоту обобщенных типов, многие разработчики сталкиваются с трудностями при их использовании. В этом посте я расскажу об особенностях работы с Java Generics, чтобы этих трудностей у вас было поменьше. Пригодится, если вы не гуру в дженериках, и поможет избежать много трудностей при погружении в тему.
Работа с коллекциями
Предположим, банку нужно подсчитать сумму сбережений на счетах клиентов. До появления «дженериков» метод вычисления суммы выглядел так:
С появлением Generics необходимость в проверке и приведении типа отпала:
Во второй строчке проверки необходимость тоже отпадала. Если потребуется, приведение типов ( casting ) будет сделано на этапе компиляции.
Принцип подстановки
| Тип | Подтип |
| Number | Integer |
| List | ArrayList |
| Collection | List |
| Iterable | Collection |
Примеры отношения тип/подтип
Вот пример использования принципа подстановки в Java:
Ковариантность, контравариантность и инвариантность
Но если мы попытаемся изменить содержимое массива через переменную arr и запишем туда число 42, то получим ArrayStoreException на этапе выполнения программы, поскольку 42 является не строкой, а числом. В этом недостаток ковариантности массивов Java: мы не можем выполнить проверки на этапе компиляции, и что-то может сломаться уже в рантайме.
«Дженерики» инвариантны. Приведем пример:
Wildcards
Всегда ли Generics инварианты? Нет. Приведу примеры:
Это ковариантность. List — подтип List