Зависимост на типа в Java, част 2

Разбирането на съвместимостта на типа е от основно значение за писането на добри Java програми, но взаимодействието на различията между езиковите елементи на Java може да изглежда изключително академично за непосветените. Тази статия от две части е за разработчици на софтуер, готови да се справят с предизвикателството! Част 1 разкри ковариантните и контравариантните връзки между по-прости елементи като типове масиви и родови типове, както и специалния елемент на езика Java, заместващия знак. Част 2 изследва зависимостта на типа в API на Java Collections, в генеричните и в ламбда изразите.

Ще влезем веднага, така че ако още не сте прочели Част 1, препоръчвам да започнете там.

Примери за API за контравариация

За първия ни пример разгледайте Comparatorверсията на java.util.Collections.sort()API на Java Collections. Подписът на този метод е:

  void sort(List list, Comparator c) 

В sort()метода сортира всяка List. Обикновено е по-лесно да използвате претоварената версия с подпис:

 sort(List
    
     ) 
    

В този случай extends Comparableизразява, че the sort()може да бъде извикан само ако необходимите елементи за сравнение на метода (а именно compareTo)са дефинирани в типа на елемента (или в неговия супертип, благодарение на :? super T)

 sort(integerList); // Integer implements Comparable sort(customerList); // works only if Customer implements Comparable 

Използване на генерични лекарства за сравнение

Очевидно е, че списъкът може да се сортира само ако неговите елементи могат да се сравняват помежду си. Сравнението се извършва по един метод compareTo, който принадлежи на интерфейса Comparable. Трябва да внедрите compareToв класа на елементите.

Този тип елементи обаче могат да бъдат сортирани само по един начин. Например можете да сортирате а Customerпо техния идентификатор, но не и по рожден ден или пощенски код. Използването на Comparatorверсията на sort()е по-гъвкаво:

 publicstatic  void sort(List list, Comparator c) 

Сега сравняваме елементи не в класа на елемента, а в допълнителен Comparatorобект. Този общ интерфейс има един обектен метод:

 int compare(T o1, T o2); 

Контравариантни параметри

Инстанцирането на обект повече от веднъж ви позволява да сортирате обекти, използвайки различни критерии. Но наистина ли се нуждаем от такъв сложен Comparatorпараметър тип? В повечето случаи Comparatorби било достатъчно. Можем да използваме неговия compare()метод за сравняване на всеки два елемента в Listобекта, както следва:

клас DateComparator изпълнява Comparator {public int compare (Date d1, Date d2) {return ...} // сравнява двата обекта Date} Списък dateList = ...; // Списък на обектите за сортиране на обекти (dateList, нов DateComparator ()); // сортира dateList

Използването на по-сложната версия на метода обаче Collection.sort()ни настрои за допълнителни случаи на употреба. Контравариантният параметър тип на Comparableдава възможност за сортиране на списък от тип List, защото java.util.Dateе супертип на java.sql.Date:

 List sqlList = ... ; sort(sqlList, new DateComparator()); 

Ако пропуснем контравариантност в sort()подписа (използвайки само или неуточнената, опасна ), тогава компилаторът отхвърля последния ред като грешка в типа.

За да се обадите

 sort(sqlList, new SqlDateComparator()); 

ще трябва да напишете допълнителен клас без характеристики:

 class SqlDateComparator extends DateComparator {} 

Допълнителни методи

Collections.sort()не е единственият метод на API на Java Collections, снабден с контравариантен параметър. Методи като addAll(), binarySearch(), copy(), fill(), и т.н., могат да бъдат използвани с подобна гъвкавост.

Collectionsметоди като max()и min()предлагат контравариантни типове резултати:

 public static 
    
      T max( Collection collection) { ... } 
    

Както виждате тук, може да се изиска параметър тип, който да отговаря на повече от едно условие, само с помощта на &. The extends Objectможе да изглежда излишно, но това се посочва, че max()се връща в резултат на вид Object, а не на ред Comparableв байткод. (В байт кода няма параметри на типа.)

Претоварената версия на max()с Comparatorе още по-забавна:

 public static  T max(Collection collection, Comparator comp) 

Това max()има както паравариантни, така и ковариантни параметри. Докато елементите на Collectionmust трябва да са от (евентуално различни) подтипове от определен (не е даден изрично) тип, Comparatorтрябва да бъдат инстанцирани за супертип от същия тип. Изисква се много от алгоритъма на извода на компилатора, за да се разграничи този междусигнален тип от повикване като това:

 Collection collection = ... ; Comparator comparator = ... ; max(collection, comparator); 

Обвързване в параметри на типа в кутия

Като последната ни пример за вид зависимост и отклонения в приложния програмен интерфейс на Java Колекции, нека да преразгледа подписа на sort()With Comparable. Имайте предвид, че тя използва както extendsи super, които са заградени:

 static 
    
      void sort(List list) { ... } 
    

In this case, we're not as interested in the compatibility of references as we are in binding the instantiation. This instance of the sort() method sorts a list object with elements of a class implementing Comparable. In most cases, sorting would work without in the method's signature:

 sort(dateList); // java.util.Date implements Comparable sort(sqlList); // java.sql.Date implements Comparable 

The lower bound of the type parameter allows additional flexibility, however. Comparable doesn't necessarily need to be implemented in the element class; it's enough to have implemented it in the superclass. For example:

 class SuperClass implements Comparable { public int compareTo(SuperClass s) { ... } } class SubClass extends SuperClass {} // without overloading of compareTo() List superList = ...; sort(superList); List subList = ...; sort(subList); 

The compiler accepts the last line with

 static 
    
      void sort(List list) { ... } 
    

and rejects it with

static 
    
      void sort(List list) { ... } 
    

The reason for this rejection is that the type SubClass (which the compiler would determine from the type List in the parameter subList) is not suitable as a type parameter for T extends Comparable. The type SubClass doesn't implement Comparable; it only implements Comparable. The two elements are not compatible due to the lack of implicit covariance, although SubClass is compatible to SuperClass.

On the other hand, if we use , the compiler doesn't expect SubClass to implement Comparable; it's enough if SuperClass does it. It's enough because the method compareTo() is inherited from SuperClass and can be called for SubClass objects: expresses this, effecting contravariance.

Contravariant accessing variables of a type parameter

The upper or the lower bound applies only to type parameter of instantiations referred by a covariant or contravariant reference. In the case of Generic covariantReference; and Generic contravariantReference;, we can create and refer objects of different Generic instantiations.

Different rules are valid for the parameter and result type of a method (such as for input and output parameter types of a generic type). An arbitrary object compatible to SubType can be passed as parameter of the method write(), as defined above.

 contravariantReference.write(new SubType()); // OK contravariantReference.write(new SubSubType()); // OK too contravariantReference.write(new SuperType()); // type error ((Generic)contravariantReference).write( new SuperType()); // OK 

Because of contravariance, it's possible to pass a parameter to write(). This is in contrast to the covariant (also unbounded) wildcard type.

The situation doesn't change for the result type by binding: read() still delivers a result of type ?, compatible only to Object:

 Object o = contravariantReference.read(); SubType st = contravariantReference.read(); // type error 

The last line produces an error, even though we've declared a contravariantReference of type Generic.

The result type is compatible to another type only after the reference type has been explicitly converted:

 SuperSuperType sst = ((Generic)contravariantReference).read(); sst = (SuperSuperType)contravariantReference.read(); // unsafer alternative 

Examples in the previous listings show that reading or writing access to a variable of type parameter behaves the same way, regardless of whether it happens over a method (read and write) or directly (data in the examples).

Reading and writing to variables of type parameter

Table 1 shows that reading into an Object variable is always possible, because every class and the wildcard are compatible to Object. Writing an Object is possible only over a contravariant reference after appropriate casting, because Object is not compatible to the wildcard. Reading without casting into an unfitting variable is possible with a covariant reference. Writing is possible with a contravariant reference.

Table 1. Reading and writing access to variables of type parameter

reading

(input)

read

Object

write

Object

read

supertype   

write

supertype   

read

subtype    

write

subtype    

Wildcard

?

 OK  Error  Cast  Cast  Cast  Cast

Covariant

?extends

 OK  Error  OK  Cast  Cast  Cast

Contravariant

?super

 OK  Cast  Cast  Cast  Cast  OK

The rows in Table 1 refer to the sort of reference, and the columns to the type of data to be accessed. The headings of "supertype" and "subtype" indicate the wildcard bounds. The entry "cast" means the reference must be casted. An instance of "OK" in the last four columns refers to the typical cases for covariance and contravariance.

See the end of this article for a systematic test program for the table, with detailed explanations.

Creating objects

On the one hand, you cannot create objects of the wildcard type, because they are abstract. On the other hand, you can create array objects only of an unbounded wildcard type. You cannot create objects of other generic instantiations, however.

 Generic[] genericArray = new Generic[20]; // type error Generic[] wildcardArray = new Generic[20]; // OK genericArray = (Generic[])wildcardArray; // unchecked conversion genericArray[0] = new Generic(); genericArray[0] = new Generic(); // type error wildcardArray[0] = new Generic(); // OK 

Because of the covariance of arrays, the wildcard array type Generic[] is the supertype of the array type of all instantiations; therefore the assignment in the last line of the above code is possible.

Within a generic class, we cannot create objects of the type parameter. For example, in the constructor of an ArrayList implementation, the array object must be of type Object[] upon creation. We can then convert it to the array type of the type parameter:

 class MyArrayList implements List { private final E[] content; MyArrayList(int size) { content = new E[size]; // type error content = (E[])new Object[size]; // workaround } ... } 

For a safer workaround, pass the Class value of the actual type parameter to the constructor:

 content = (E[])java.lang.reflect.Array.newInstance(myClass, size); 

Multiple type parameters

A generic type can have more than one type parameter. Type parameters don't change the behavior of covariance and contravariance, and multiple type parameters can occur together, as shown below:

 class G {} G reference; reference = new G(); // without variance reference = new G(); // with co- and contravariance 

The generic interface java.util.Map is frequently used as an example for multiple type parameters. The interface has two type parameters, one for key and one for value. It's useful to associate objects with keys, for example so that we can more easily find them. A telephone book is an example of a Map object using multiple type parameters: the subscriber's name is the key, the phone number is the value.

The interface's implementation java.util.HashMap has a constructor for converting an arbitrary Map object into an association table:

 public HashMap(Map m) ... 

Because of covariance, the type parameter of the parameter object in this case does not have to correspond with the exact type parameter classes K and V. Instead, it can be adapted through covariance:

 Map customers; ... contacts = new HashMap(customers); // covariant 

Тук Idе супертип на CustomerNumberи Personе супертип на Customer.

Вариант на методите

Говорили сме за вариация на типовете; сега нека се обърнем към малко по-лесна тема.