Дженерики в Java: стирание типов, наследование, принцип PECS

Дженерики в Java — стирание типов, наследование и PECS

Программирование

Дженерики в Java: стирание типов, наследование и принцип PECS

В мире программирования есть инструмент, который позволяет создавать универсальные элементы, совместимые с широким спектром типов данных. Он словно хамелеон, способный свободно трансформироваться, подстраиваясь под любые потребности. Как вы уже догадались, речь идет об универсальных шаблонах – настоящих мастерах гибкого использования в программировании. С их помощью можно достичь небывалой эффективности и существенно упростить код, устранив дублирование и сделав его более читабельным и понятным.

Но что же скрывается за этим волшебным инструментом? Как он работает? Чтобы раскрыть эти секреты, нам предстоит провести небольшое исследование и познакомиться поближе с механизмами, лежащими в основе универсальных шаблонов.

Генераторы для новичков

Генераторы, как универсальные инструменты, позволяют работать со многими типами данных, не создавая отдельный код для каждого. Это экономит время и силы, упрощая разработку.

Они работают путем объявления класса или метода с параметром типа, заменяющим любой тип данных.

Затем, при использовании генератора, вы указываете конкретный тип данных, который вам нужен.

Генераторы могут быть использованы для классов, методов, интерфейсов и массивов.

Например, у вас есть класс Collection, который может хранить различные типы элементов. До появления генераторов вам пришлось бы создавать отдельные классы для хранения целых чисел, строк и т. д. Но с генераторами можно определить один класс Collection, где T – параметр типа, представляющий содержимое коллекции.

Отсутствие типов данных

В представленном разделе мы рассмотрим интересный и важный аспект использования обобщений в определённом языке программирования. Будет проанализировано явление, которое можно охарактеризовать как «отсутствие типов данных» или «стирание типов».

Когда используются обобщения, при компиляции кода происходит определённая трансформация. Информация о конкретных типах данных, указанных при объявлении обобщённых структур, утрачивается.

В результате в байт-коде не остаётся сведений о фактических типах, которые были использованы при создании экземпляров обобщённых классов или методов.

Полиморфизм дженериков

Полиморфизм в обобщенных типах позволяет использовать одинаковый код для работы с разными типами данных.

Можно создавать коллекции, которые содержат элементы разных типов.

Это облегчает создание более гибкого и многократно используемого кода.

Ограничения на типы параметров

Однако полиморфизм дженериков имеет свои ограничения.

Компилятор может применять ограничения на типы, допускаемые для параметра типа.

Например, можно создать обобщенный класс, который принимает только дочерние классы определенного родительского класса.

Это позволяет реализовывать принцип «замена подтипом».

Ограничения типов

Такая фишка позволяет нам, программистам, явно указывать, какие же типы данных могут использоваться в качестве аргументов для обобщенных типов и гарантировать их правильное использование.

Ситуация упрощается, благодаря чему снижается риск непредвиденного поведения программы, которое может привести к нежелательным последствиям.

Ограничения типов не ограничиваются задачей простого указания допустимых типов данных. Они могут включать в себя условия проверки соответствия типов, унаследованных от определенного базового типа, а также реализации заданных интерфейсов. Это открывает перед нами гораздо более широкий диапазон вариантов для использования обобщенных типов и позволяет нам создавать более гибкие и надежные программы.

Типы с подстановочными знаками

Представим себе конструкцию, которая может принять на вход любые типы данных и выдавать результаты, соответствующие этим типам. Это как волшебный универсальный инструмент, который подстраивается под конкретные задачи.

Типы с подстановочными знаками позволяют использовать одну и ту же структуру данных или алгоритм для работы с разными типами элементов.

Они обозначаются символом ? или T, и представляют собой неизвестные или замещающие типы.

При использовании типов с подстановочными знаками компилятор не может определить конкретные типы элементов, поэтому он стирает эту информацию.

Однако мы все же можем использовать преимущества типов с подстановочными знаками, например, проверку типов на стадии компиляции и гарантию безопасности типов.

PRINCIPE PECS

Отображение расширения категории в коде.

Позволяет определять структуры, принимающих разные типы.

Зависит от направления передачи элемента.

PRINCIPE IN

Входящие параметры.

Ограничивает тип параметра.

Указывает источник элементов.

Не может принимать тип, являющийся потомком.

PRINCIPE OUT

Исходящие результаты.

Ограничивает тип возвращаемого значения.

Указывает назначение элементов.

Может принимать тип, являющийся предком.

Совместимость взаимозаменяемых элементов

Совместимость взаимозаменяемых элементов

Чтобы понять суть совместимости взаимозаменяемых элементов, представьте, что у вас есть коробки разных размеров. Вы можете положить маленькую коробку в большую, но не наоборот. Такая же логика распространяется на взаимозаменяемые элементы в программировании.

Каждый объект-заменитель имеет тип bounds, указывающий, какие другие типы он может заменять. Например, взаимозаменяемый элемент, привязанный к типу Number, может заменить любые типы, которые наследуются от Number, например, Integer, Double и т. д.

Вы можете проверить совместимость взаимозаменяемых элементов с помощью оператора instanceof. Например, если у вас есть взаимозаменяемый элемент с типом bounds Integer, вы можете проверить, является ли объект экземпляром типа Integer с помощью оператора instanceof.

Понимание совместимости взаимозаменяемых элементов имеет решающее значение для эффективного использования их в вашем коде. Это гарантирует, что вы не получите ошибок времени выполнения из-за попытки использовать взаимозаменяемый элемент, который не совместим с ожидаемым типом.

В общем, помните: взаимозаменяемые элементы следует использовать для расширения функциональности кода, а не для добавления новых возможностей.

Конструирование и применение дженериков

В данной части мы научимся моделировать обобщенные типы данных и применять их в коде. Дженерики позволяют нам создавать классы и методы, работающие с переменными различных видов. Это делает код более многофункциональным и сокращает дублирование.

Чтобы создать обобщенный тип, используйте угловые скобки <> после имени класса или метода.

Внутри угловых скобок укажите параметр типа.

Например:


class УниверсальныйКонтейнер<Тип> { ... }

Этот класс УниверсальныйКонтейнер может хранить элементы любого типа, указанного в параметре Тип.

Чтобы использовать универсальный тип, укажите конкретный тип при создании экземпляра.

Например:


УниверсальныйКонтейнер<Integer> intContainer = новый УниверсальныйКонтейнер<Integer>();

Здесь intContainer — это экземпляр универсального контейнера, который может хранить значения типа Integer.

Аналогично, вы можете определить универсальные методы с параметрами типов, определяющими типы параметров и возвращаемых значений.

Преобразование дженериков

Преобразование может осуществляться как явно, так и неявно.

Явное преобразование выполняется с использованием синтаксиса приведения типов.

Неявное преобразование происходит автоматически, когда компилятор может определить правильное преобразование.

Существует ряд ограничений на преобразование дженериков. Например, вы не можете преобразовать экземпляр одного дженерика в экземпляр другого дженерика, который имеет другой тип параметра. Кроме того, вы не можете преобразовать экземпляр дженерика в экземпляр недженерического типа.

Обработка исключений в универсалиях

Довольно часто при работе с универсальными типами нам необходимо обрабатывать исключения.

Однако делать это следует с осторожностью.

Когда мы бросаем исключение в универсальном методе или конструкторе, компилятор вынужден вставить код «проверки исключений» в сгенерированный байт-код.

Этот код не только ухудшает производительность, но и увеличивает размер файла класса.

Поэтому рекомендуется объявлять универсальные методы и конструкторы с их собственными исключениями, а не обрабатывать общие исключения, такие как RuntimeException.

Это гарантирует, что проверки исключений будут выполнены только в случае возникновения реального исключения, улучшая как производительность, так и читаемость кода.

Производительность и надменные универсалы

Универсальные типы, упрощающие наш код, могут также повлиять на эффективность. Один из важных моментов, который следует учитывать при их использовании, — это создание подтипов. Когда мы создаем подтипы, мы фактически создаем дополнительные версии универсального типа.

Стирание типов может привести к потере информации о типах при создании переменных-указателей. Это может замедлить работу программы, так как необходимо будет проводить дополнительные проверки типов во время выполнения.

Кроме того, универсальные типы могут увеличивать размер кода, поскольку они создают дополнительные методы и классы. Это может быть проблемой для небольших устройств или встраиваемых систем.

Использование надменных универсалов позволяет компилятору генерировать более эффективный код, поскольку он может использовать специализированные версии методов и классов для обработки конкретных типов аргументов.

Таким образом, при использовании универсальных типов необходимо учитывать сопутствующие издержки, связанные с подтипами, стиранием типов и увеличением размера кода. Это зависит от конкретного применения и ограничений системы.

Распространённое применение обобщений

Распространённое применение обобщений

Универсальные типы данных открывают множество возможностей для написания адаптивного, высокопроизводительного кода. Они позволяют создавать гибкие структуры данных, адаптируемые к различным типам данных, что упрощает разработку и обслуживание кода.

Обобщения также облегчают совместное использование кода, поскольку они делают код типов-независимым. Таким образом, сторонние разработчики могут использовать и повторно использовать его с различными типами данных, не опасаясь конфликтов типов.

Кроме того, обобщения могут повысить эффективность кода за счёт снижения необходимости дублирования кода для разных типов данных. Универсальный тип данных может обрабатывать различные типы данных, уменьшая количество кода, написанного и поддерживаемого разработчиками.

Рассмотрим пример универсального класса List, который может содержать объекты любого типа. Этот класс обеспечивает типичные операции списка, такие как добавление и удаление элементов, и может быть использован с любым типом данных, например, со строками, числами или пользовательскими объектами.

Обобщения – это мощный инструмент в арсенале разработчика, который позволяет писать адаптивный, эффективный и многократно используемый код, одновременно упрощая разработку и обслуживание.

Вопрос-ответ:

Что такое стирание типов в Java-генериках?

Во время компиляции вся информация о параметрах типа удаляется, оставляя позади лишь сырые типы классов или интерфейсов. Конкретные типы доступны только во время выполнения, что облегчает взаимодействие между разными типами данных и снижает зависимость от конкретных реализаций.

Как наследование работает с Java-генериками?

Класс или интерфейс, наследующий от обобщенного родительского класса, может расширить его параметры типа своими собственными. Это позволяет создавать иерархии классов, которые используют одни и те же абстрактные понятия, но с разными типами данных. Такое наследование известно как обобщенное наследование.

Что такое принцип PECS и почему он важен?

Принцип PECS (Producer-Extends, Consumer-Super) устанавливает правила для определения типов параметров при использовании обобщенных коллекций. Для производителей (классов, добавляющих элементы в коллекцию) параметр типа должен расширять предел родительского класса. Для потребителей (классов, считывающих элементы из коллекции) параметр типа должен находиться под пределом родительского класса. Это предотвращает проблемы с безопасностью типов и обеспечивает единообразную последовательность.

Что такое стирание типов?

Стирание типов — это удаление информации о конкретном типе параметра generic’а из полученного bytecode. В результате этого в рантайме все generic’и ведут себя как объекты типа Object, и невозможно определить их фактический тип. Это упрощает работу системы типов и повышает эффективность, так как позволяет использовать один и тот же код для разных типов.

Видео:

Generics java (часть 2 wildcard)

Оцените статью
Обучение