42
Параметризованные и типизованные контейнеры
Одна из проблем, существовавших при работе с контейнерами до выхода Java SE5, заключалась в том, что компилятор позволял вставить в контейнер объект неверного типа. Для примера рассмотрим один из основных рабочих контейнеров
ArrayList, в котором мы собираемся хранить объекты Apple. Пока рассматривайте ArrayList как «автоматически расширяемый массив». Работать с ним несложно: создайте объект, вставляйте объекты методом add(), обращайтеь к ним методом get(), используйте индексирование — так же, как для массивов, но без квадратных скобок. ArrayList также содержит метод size(), который возвращает текущее количество элементов в массиве.
В следующем примере в контейнере размещаются объекты Apple и Orange, которые затем извлекаются из него. Обычно компилятор Java выдает предупреждение, потому что в данном примере не используется параметризация, однако в Java SE5 существует специальнаядиректива@SuppressWarnings для подавления предупреждений. Директивы начинаются со знака @ и могут получать аргументы; в данном случае аргумент означает, что подавляются только «непроверяемые» предупреждения:
//: hoiding/ApplesAndOrangesWithoutGenerics. java
// Простой пример работы с контейнером
// (компилятор выдает предупреждения).
// {ThrowsException}
import java.util.*;
class Apple {
private static long counter; private final long id = counter++; public long id() { return id; }
}
class Orange {}
public class ApplesAndOrangesWithoutGenerics { @SuppressWarni ngs("unchecked") public static void main(String[] args) {
ArrayList apples = new ArrayListO; for(int i = 0; i < 3; i++)
apples, add (new AppleO); // He препятствует добавлению объекта Orange: apples.add(new OrangeO); for(int i = 0; i < apples.size(). i++) ((Apple)apples.get(i)).id();
// Объект Orange обнаруживается только во время выполнения
}
}
///:-
Директивы Java SE5 будут рассмотрены позднее.
Apple и Orange — совершенно разные классы; они не имеют ничего общего, кроме происхождения от Object (напомню: если в программе явно не указан базовый класс, то в этом качестве используется Object). Так как в ArrayList хранятся объекты Object, метод add() может добавлять в контейнер не только объекты Apple, но и Orange, без ошибок компиляции или времени выполнения. Но при вызове метода get() класса ArrayList вы вместо объекта Apple получаете ссылку на Object, которую необходимо преобразовать в Apple. Все выражение должно быть заключено в круглые скобки, чтобы преобразование было выполнено
Параметризованные и типизованные контейнеры279перед вызовом метода id() класса Apple. Во время выполнения, при попытке преобразования объекта Orange в Apple, произойдет исключение.
В главе «параметризованные типы» вы узнаете, чтосозданиеклассов, использующих механизм параметризации, может быть довольно сложной задачей. С другой стороны, сприменениемготовых параметризованных классов проблем обычно не бывает. Например, чтобы определить объект ArrayList, предназначенный для хранения объектов Apple, достаточно использовать вместо имени ArrayList запись А г ray Li s t< A p p le>. В угловых скобках перечисляютсяпараметры типов(их может быть несколько), указывающие тип объектов, хранящихся в данном экземпляре контейнера.
Механизм параметризации предотвращает занесение объектов неверного типа в контейнер на стадии компиляции. Рассмотрим тот же пример, но с использованием параметризации:
// hoiding/ApplesAndOrangesWithGenerics java import java.util.*;
public class ApplesAndOrangesWithGenerics { public static void main(String[] args) {
ArrayList<Apple> apples = new ArrayList<Apple>(), forCint i = 0; i < 3; i++)
apples, add (new AppleO); // Ошибка компиляции: // apples.add(new OrangeO); for(int i = 0; i < apples.size(); i++)
System, out. pri ntl n(appl es. get( i) .idO). // Использование синтаксиса foreach: for(Apple с • apples)
System.out.pri nt1n(с.i d());
}
} /* Output: 0 1 2 0 1 2
*///-
На этот раз компилятор не разрешит поместить объекты Orange в контейнер apples, поэтому вы получите ошибку на стадии компиляции (а не на стадии выполнения).
Также обратите внимание на то, что выборка данных из List не требует преобразования типов. Поскольку контейнер знает тип хранящихся в нем элементов, он автоматически выполняет преобразование при вызове get(). Таким образом, параметризация не только позволяет компилятору проверять тип объектов, помещаемых в контейнеры, но и упрощает синтаксис работы с объектами в контейнере. Пример также показывает, что, если индексы элементов вам не нужны, для перебора можно воспользоваться синтаксисом foreach.
Вы не обязаны точно соблюдать тип объекта, указанный в качестве параметра типа. Восходящее преобразование работает с параметризованными контейнерами точно так же, как и с другими типами:
//: hoiding/GenericsAndUpcasting.java import java.util.*;
class GrannySmith extends Apple {}
class Gala extends Apple {}
class Fuji extends Apple {}
class Braeburn extends Apple {}
public class GenericsAndUpcasting {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();
apples.add(new GrannySmithO);
apples.add(new GalaO);
apples.add(new Fuji()):
apples.add(new BraeburnO);
for(Apple с : apples)
System.out.println(c);
}
} /* Output: (Sample) GrannySmi th@7d772e Gala@llb86e7 Fuji@35ce36 Braeburn@757aef *///:-
Мы видим, что в контейнер, рассчитанный на хранение объектов Apple, можно помещать объекты типов, производных от Apple.
В результатах, полученных с использованием метода toStringO объекта Object, выводится имя класса с беззнаковым шестнадцатеричным представлениемхеш-кодаобъекта (сгенерированного методом hashCode()).
Основные концепции
В библиотеке контейнеров Java проблема хранения объектов делится на две концепции, выраженные в виде базовых интерфейсов библиотеки:
•Коллекция:группа отдельных элементов, сформированная по некоторым правилам. Класс List (список) хранит элементы в порядке вставки, в классе Set (множество) нельзя хранить повторяющиеся элементы, а класс Queue (очередь) выдает элементы в порядке, определяемом спецификой очереди (обычно это порядок вставки элементов в очередь).
•Карта:набор пар объектов «ключ-значение», с возможностью выборки по ключу. ArrayList позволяет искать объекты по порядковым номерам, поэтому в каком-то смысле он связывает числа с объектами. Класс Map (карта — также встречаются терминыассоциативный массивисловарь)позволяет искать объекты по другим объектам — например, получить объект значения по объекту ключа, по аналогии с поиском определения по слову.
Хотя на практике это не всегда возможно, в идеале весь программный код должен писаться в расчете на взаимодействие с этими интерфейсами, а точный тип указывается только в точке создания. Следовательно, объект List может быть создан так:
List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>():
Обратите внимание на восходящее преобразование ArrayList к List, в отличие от предыдущих примеров. Если позднее вы решите изменить реализацию, достаточно сделать это в точке создания:
List<Apple> apples = new LinkedList<Apple>();
Итак, в типичной ситуации вы создаете объект реального класса, повышаете его до соответствующего интерфейса, а затем используете интерфейс во всем остальном коде.
Такой подход работает не всегда, потому что некоторые классы обладают дополнительной функциональностью. Например, LinkedList содержит дополнительные методы, не входящие в интерфейс List, а ТгееМар — методы, не входящие в Map. Если такие методы используются в программе, восходящее преобразование к обобщенному интерфейсу невозможно.
Интерфейс Collection представляет концепциюпоследовательностикак способа хранения группы объектов. В следующем простом примере интерфейс Collection (представленный контейнером ArrayList) заполняется объектами Integer, с последующим выводом всех элементов полученного контейнера:
//: hoiding/SimpleCol1ection.java
import java.util .*;
public class SimpleCollection {
public static void main(String[] args) {
Collection<Integer> с = new ArrayList<Integer>(); for(int i = 0; i < 10; i++)
c.add(i); // Автоматическая упаковка for(Integer i : c)
System.out.print(i + ". ");
}
} /* Output:
0. 1. 2. 3. 4, 5. 6. 7, 8-. 9.
*///•-
Поскольку в этом примере используются только методы Collection, подойдет объект любого класса, производного от Collection, но ArrayList является самым простейшим типом последовательности.
' Все коллекции поддерживают перебор в синтаксисе foreach, как в приведенном примере. Позднее в этой главе будет рассмотрена другая, более гибкая концепцияитераторов.Добавление групп элементов
Семейства Arrays и Collections в java.util содержат вспомогательные методы для включения групп элементов в коллекции. Метод Arrays.asList() получает либо массив, либо список элементов, разделенных запятыми, и преобразует его в объект List. Метод Collections.addAUQ получает объект Collection и либо массив, либо список, разделенный запятыми, и добавляет элементы в Collection. Пример:
//• hoiding/AddingGroups java
// Добавление групп элементов в объекты Collection
import java.util *;
public class AddingGroups {
public static void main(String[] args) { Collection<Integer> collection =
new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(l, 2, 3, 4, 5)); Integer[] morelnts = { 6. 7. 8. 9. 10 }; collection.addAll(Arrays.asList(morelnts)); // Работает намного быстрее, но таким способом // невозможно сконструировать Collection: Collections.addAll(collection, 11, 12, 13, 14, 15); Col lections.addAll(collection, morelnts); // Создает список на основе массива: List<Integer> list = Arrays.asList(16. 17, 18, 19, 20); list set(l, 99); // Можно - изменение элемента // list.add(21); // Ошибка времени выполнения - нижележащий // массив не должен изменяться в размерах
}
} ///:-
Конструктор Collection может получать другой объект Collection, используемый для его инициализации, поэтому для передачи исходных данных можно воспользоваться методом Arrays.asList(). Однако метод Collections.addAll() работает намного быстрее, и вы с таким же успехом можете сконструировать Collection без элементов, а затем вызвать Collections.addAll — этот способ считается предпочтительным.
Методу Collection.addAll() в аргументе может передаваться только другой объект Collection, поэтому он уступает в гибкости методам Arrays.asList() и Collections.addAll(), использующим переменные списки аргументов.
Также можно использовать вывод Arrays.asList() напрямую, в виде List, но в этом случае нижележащим представлением будет массив, не допускающий изменения размеров. Вызов add() или delete() для такого списка приведет к попытке изменения размера массива, а это приведет к ошибке во время выполнения.
Недостаток Arrays.asList() заключается в том, что он пытается «вычислить» итоговый тип List, не обращая внимания на то, что ему присваивается. Иногда это создает проблемы:
//: hoiding/AsListInference.java // Arrays.asListO makes its best guess about type, import java.util.*;
class Snow {}
class Powder extends Snow {} class Light extends Powder {} class Heavy extends Powder {} class Crusty extends Snow {} class Slush extends Snow {}
public class AsListInference {
public static void main(String[] args) { List<Snow> snowl = Arrays.asList(
new CrustyO. new SlushO. new PowderO);
// He компилируется- // List<Snow> snow2 = Arrays.asList( // new LightO. new HeavyO); // Сообщение компилятора: //found java.util.List<Powder> // required, java util List<Snow>
II Collections.addAllО работает нормально:
List<Snow> snow3 = new ArrayList<Snow>():
Col 1 ecti ons. addAl 1 (snow3, new LightO. new HeavyO);
II Передача информации посредством уточнения // типа аргумента
List<Snow> snow4 = Arrays <Snow>asList( new LightO, new HeavyO),
}
} ///:-
При попытке создания snow2, Arrays.asList() создает List<Powder> вместо List <Snow>, тогда как Collections.addAll() работает нормально, потому что целевой тип определяется первым аргументом. Как видно из создания snow4, в вызов Arrays.asList() можно вставить «подсказку», которая сообщает компилятору фактический тип объекта List, производимого Arrays.asList().
С контейнерами Map дело обстоит сложнее, и стандартная библиотека Java не предоставляет средств их автоматической инициализации, кроме как по содержимому другого объекта Map.