Дженерики в Java: стирание типов, наследование и принцип PECS

Дженерики в Java — стирание типов, наследование и принцип PECS

Программирование

Дженерики в Java: стирание типов, наследование и принцип PECS

Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько эффективнее было бы писать код, если бы можно было использовать переменные любого типа? В Java это возможно благодаря универсальным шаблонам, которые позволяют использовать различные типы данных в одном и том же блоке кода.

Универсальные шаблоны настолько универсальны, что их можно применять для самых разных задач. От хранения данных в виде списка до создания пользовательских структур данных.

Несмотря на всю свою мощь, универсальные шаблоны имеют несколько особенностей, о которых следует знать. Одна из них — стирание типов. Понимание стирания типов является ключом к эффективному использованию универсальных шаблонов.

Еще одна важная особенность — наследование. Различные типы универсальных шаблонных классов могут наследовать друг от друга, расширяя их возможности. Дополнение ко всему, важно учитывать принцип PECS, который помогает избежать проблем с безопасностью типов.

Дженерики в Java

Дженерики бывают разных форм и размеров.

В этом разделе мы представим общую картину их работы и применения.

Дженерики — это конструкции, которые позволяют создавать варианты классов, методов и других элементов кода, которые работают с различными типами данных.

Вместо того, чтобы создавать несколько версий одного и того же кода для разных типов данных, мы можем использовать дженерики, чтобы написать один вариант, который будет работать со всеми необходимыми типами.

Типы параметров

Дженерики включают в себя один или несколько типов параметров, которые указываются в угловых скобках (<) в сигнатуре класса или метода.

Эти параметры служат в качестве заглушек для реальных типов данных, которые будут использоваться с классом или методом.

Обобщенные классы

Синтаксис Описание
class ИмяКласса<ТипПараметра> {} Определяет класс с одним типом параметра.
Тип параметра может быть использован в коде класса для обозначения типа, с которым он будет работать.

Обобщенные методы

Синтаксис Описание
void имяМетода<ТипПараметра>(ТипПараметра параметр) {} Определяет метод с одним типом параметра.
Тип параметра может быть использован в коде метода для обозначения типа параметра.

Дженерики — это мощный инструмент, который экономит время и уменьшает количество ошибок в коде.

Они широко используются в различных библиотеках и фреймворках.

Упрощение для разнообразия

Когда мы работаем с обобщёнными типами, мы указываем параметр типа, который может быть привязан к разным конкретным типам при запуске программы. Но когда дело доходит до виртуальной машины Java (JVM), обобщённые типы превращаются в «сырые» типы, теряя всю информацию о параметрах типа. Это превращение известно как «стирание типов».

JVM обрабатывает обобщённые типы похожим образом, что и обычные классы, не учитывая конкретные типы параметров. Код, выполняемый во время выполнения, не имеет доступа к информации о параметрах типа, поэтому нам необходимо дополнительно проверять её.

Это упрощение позволяет использовать обобщённые типы более разнообразно, не беспокоясь о влиянии разных типов на внутреннюю логику программы. Конечно, это может привести к ситуациям, когда в программе могут возникнуть ошибки, связанные с типами; чтобы их избежать, мы должны внимательно проверять параметры типов. Тем не менее, при использовании обобщённых типов с осторожностью, стирание типов обеспечивает надёжную и эффективную основу для работы с различными типами данных.

Ограничения у обобщений

У всех обобщенных структур есть ограничения. Расскажем о самых важных.

Параметризированные типы

Параметры — это то, что делает обобщения полезными.

Но они также ограничивают их:

  • Нельзя создать экземпляр параметризированного типа.
  • Нельзя передать аргумент параметризированного типа.

Ковариация и контравариантность

Ковариация и контравариантность — это два типа поведения, которые могут иметь обобщенные структуры.

Ковариация означает, что подтип параметризированного типа также является подтипом родительского типа. Контравариантность означает, что подтип параметризированного типа также является подтипом дочернего типа.

Тем не менее, не все обобщенные структуры могут быть ковариантными или контравариантными. Это ограничивает их полезность.

Наследование в дженериках

Наследование в дженериках

Взять объект класса-потомка и «втиснуть» его в класс-предка. Рассмотрим подробнее:

Сделать подкласс производным от параметризованного класса можно.

Но сделать наоборот нельзя.

Параметризованный класс может стать надклассом.

Однако его нельзя сделать подклассом.

Пример надкласса

Класс, у которого есть тип параметра T

Например:

Код Описание
class Parenttypeparam {} Класс родитель с параметром типа T

Ограничения с помощью ключевого слова extends

Ограничения указываются при описании обобщенных классов, интерфейсов или методов, чтобы задать характеристики типов, разрешенных для использования с обобщением.

Ключевое слово extends используется для указания того, что обобщенный тип должен являться подклассом или реализовывать указанный интерфейс.

Ограничения гарантируют тип-безопасность обобщенных структур, предотвращая использование несовместимых типов.

Правильное применение ограничений с помощью ключевого слова extends позволяет программистам выражать намерения кода более четко.

Это, в свою очередь, улучшает читаемость, возможности повторного использования и надежность кода.

Использование метода с ограничением extends

Ограничение extends в методах позволяет указать, что в качестве параметра могут передаваться только подтипы указанного класса. Это полезно, когда нужно обработать данные определенного типа или его подтипов.

С помощью extends можно задать иерархию классов, которые могут быть переданы в метод. При этом метод может оперировать общими свойствами и методами указанного типа и его наследников.

Такое ограничение может повысить безопасность и корректность кода, поскольку при попытке передать объект неподходящего типа компилятор выдаст ошибку.

Например, рассмотрим метод, который принимает в качестве параметра объект, реализующий интерфейс Comparable. Ограничение extends позволяет указать, что принимаются только объекты этого интерфейса или его подтипы, что гарантирует наличие метода compareTo для сравнения объектов:

java

public static > T findMax(List list) {

T max = list.get(0);

for (T item : list) {

if (item.compareTo(max) > 0) {

max = item;

}

}

return max;

}

Ключевое слово super и принцип PECS для producer-кода

Использование ключевого слова super в сочетании с принципом PECS (producer extends, consumer super) позволяет создавать более гибкий и безопасный типный код в Java.

Принцип PECS гласит, что производители (producer) должны расширять upper-bounded типы (extends), а потребители (consumer) — сжимать lower-bounded типы (super).

Использование ключевого слова super в качестве upper-bound в producer-коде указывает, что код может работать с любым подтипом данного типа.

Это позволяет создавать более общие методы, которые могут обрабатывать различные типы данных, сохраняя при этом безопасность типов.

Например, метод, который принимает список T, где T расширяет super X, может принимать списки любого типа, который является подтипом X, гарантируя, что обработанные элементы будут совместимы с типом X.

Использование принципа PECS в producer-коде помогает создавать более гибкий, повторно используемый и безопасный код за счет более четкого определения границ типов и предотвращения несовместимости типов во время выполнения.

Принцип PECS для недовольных

Когда мы хотим что-то использовать, а не менять, нам нужен принцип, который защищает наши интересы. PECS помогает нам безопасно использовать коллекции элементов разных типов в качестве аргументов методов.

В частности, принцип PECS гарантирует, что мы не сможем ненамеренно добавить элемент неподходящего типа в коллекцию.

Для методов, которые что-то потребляют, например, списков, мы используем верхнюю границу PECS. Это означает, что тип аргумента может быть только супертипом объявленного типа параметра.

Например, если метод ожидает список чисел, мы можем передать ему список целых чисел, потому что целые числа являются подтипом чисел.

Тип аргумента Тип параметра
List<Integer> List<Number>

Это гарантирует, что мы не сможем добавить в список строку или любой другой тип, который не является числом.

Принцип PECS

Абстрактное определение рассматриваемого принципа!

Определенный в нем подход позволяет использовать типы будучи уверенными, что объекты будут корректных типов.

Этот подход обеспечивает гибкость и точность.

Хоть его использование не обязательно, но пренебрежение им может привести к проблемам.

С помощью этого принципа можно контролировать входные и выходные данные generic-классов.

Принцип PECS (Producer-Extends, Consumer-Super) определяет, как должны быть заданы типы в объявлениях generic-классов для обеспечения безопасности типов при использовании объекта generic-класса в качестве продюсера или потребителя.

Ошибки при использовании PECS

Иногда могут возникать ошибки при неправильном применении принципа PECS. Ошибки могут быть связаны с непониманием того, когда именно необходимо применять PECS.

Например, если вы используете для типа параметра типа возвращаемого значения метода, это может привести к ошибке.

Еще одна распространенная ошибка — попытка использовать PECS с примитивными типами.

Следующая ошибка происходит, когда вы пытаетесь присвоить значение конкретного типа переменной, объявленной как .

Чтобы избежать этих ошибок, важно четко понимать, как работает PECS, и когда его необходимо применять.

Принцип PECS в обобщенном применении

Расширенное применение принципа PECS позволяет работать с данными более гибко и эффективно. Представьте, что разрабатывается библиотека для обработки различных типов данных. Мы можем использовать обобщенные классы и принцип PECS для создания структур данных, которые могут обрабатывать несколько типов данных без необходимости написания отдельного кода для каждого типа.

Например, у нас может быть обобщенный класс Коллекция, который может хранить любые типы элементов.

Мы можем использовать принцип PECS, чтобы разрешить классу Коллекция быть экстенсивным по чтению и ограниченным по записи для определенного типа данных.

Это означает, что мы можем добавлять элементы определенного типа в Коллекцию и безопасно извлекать их как элементы более общего типа. Но мы не можем добавлять элементы более общего типа в Коллекцию. Это гарантирует, что типы данных будут обрабатываться последовательно во всей библиотеке.

Использование дженериков с PECS

При работе с дженериками принцип PECS (Producer Extends, Consumer Super) помогает обеспечить безопасность типов и гибкость в коде.

PECS определяет, как классы дженериков должны взаимодействовать с подтипами, когда речь идет о продюсерах (создающих объекты) и потребителях (использующих объекты).

Для продюсеров мы используем верхнюю границу, чтобы ограничить тип, который класс дженериков может создавать.

Для потребителей мы используем нижнюю границу, чтобы обеспечить, что класс дженериков может принимать более широкий спектр типов.

Продюсеры

Продюсеры

В случае продюсера мы используем верхнюю границу, например: class Producer<T extends Number>. Это гарантирует, что класс может создавать только объекты типа Number или его подтипов, таких как Integer или Double.

Потребители

Для потребителей мы используем нижнюю границу, например: class Consumer<T super Number>. Это означает, что класс может принимать объекты типа Number или его супертипов, таких как Object. Это обеспечивает гибкость при работе с различными типами данных.

Пример таблицы

Тип Продюсеры Потребители
Number Producer<Number> Consumer<? super Number>
Integer Producer<Integer> Consumer<? super Integer>
Double Producer<Double> Consumer<? super Double>

Вопрос-ответ:

Что такое стирание типов и как оно влияет на дженерики?

Стирание типов — это процесс, при котором типы дженериков удаляются из байт-кода во время компиляции. В результате во время выполнения классам и методам с дженериками, независимо от их фактических типов, присваивается один и тот же байт-код. Это повышает эффективность, но также ограничивает проверку типов во время выполнения и может привести к небезопасным приведениям типов.

Как наследование влияет на дженерики?

Наследование позволяет классам-потомкам наследовать типы параметров дженериков от родительских классов. Таким образом, подклассы могут использовать те же типы дженериков, что и их родительские классы, или указывать более специализированные типы. Однако подклассы не могут сужать типы параметров дженериков по сравнению с родительскими классами, соблюдая принцип контравариантности.

Видео:

Java. Ковариантность и контравариантность обобщенных типов на примере ArrayList.

Оцените статью
Обучение