Typsystem Vererbung Sonstiges. Java 5 Typsystem. Generische Klassen und ihre Auswirkungen auf das Typsystem. Sebastian Buchwald. Universität Karlsruhe

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1 Typsystem Generische Klassen und ihre Auswirkungen auf das Typsystem Universität Karlsruhe 12. Juli 2007

2 Gliederung Typsystem 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

3 Gliederung Typsystem 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

4 Typsystem Betrachte folgende Klassenhierarchie «abstract» Drink -name: String +Drink(name: String) Beer «abstract» Wine RedWine WhiteWine

5 Typsystem Wir wollen für jedes Getränk eine passende Flasche haben. in Bierflaschen darf nur Bier gefüllt werden in Rotweinflaschen nur Rotwein usw.

6 Typsystem Wir müssen für jede Unterklasse von Drink eine eigene passende Bottle-Klasse anlegen. «abstract» Bottle -content: Drink +fill(content: Drink) +empty(): Drink BeerBottle «abstract» WineBottle RedWineBottle WhiteWineBottle

7 Lösung mit Generics Typsystem die Klassen unterscheiden sich nur durch die Art des Getränks generische Klassen lösen dieses Problem die Getränke-Klasse wird als Parameter übergeben class Bottle<T> { private T content; public T empty(){...} public void fill(t drink){...} }

8 Beispiel Typsystem Bottle<Beer> beerbottle = new Bottle<Beer>(); Bottle<Wine> winebootle = new Bottle<Wine>(); Beer beer = new Beer("Hoepfner"); RedWine red = new RedWine("Rot"); WhiteWine white = new WhiteWine("Weiss"); beerbottle.fill(beer); winebootle.fill(red); winebootle.fill(white); Wine wine = winebootle.empty();

9 Vorteile von Generics Typsystem weniger Klassen weniger Fehler Typprüfung vom Compiler, statt zur Laufzeit keine Casts mehr nötig

10 Gliederung Typsystem 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

11 Konventionen Typsystem Klassen: A, B, C,... Interfaces: I, I1, I2,... Typvariablen: T, T1, T2,...

12 Typsystem Was ist überhaupt ein Typ? Man wird in java.lang.reflect fündig: «interface» Type Subinterfaces GenericArrayType ParameterizedType TypeVariable<D> WildcardType Implementing Classes Class

13 Typsystem Was ist überhaupt ein Typ? Man wird in java.lang.reflect fündig: «interface» Type Subinterfaces GenericArrayType ParameterizedType TypeVariable<D> WildcardType Implementing Classes Class

14 Typsystem Was ist überhaupt ein Typ? Man wird in java.lang.reflect fündig: «interface» Type Subinterfaces GenericArrayType ParameterizedType TypeVariable<D> WildcardType Implementing Classes Class

15 GenericDeclaration Typsystem Interface für Entities die Typvariablen deklarieren können. «interface» GenericDeclaration gettypeparameters(): TypeVariable<?>[] Class Constructor Method

16 Beispiel Typsystem // Parametrisierte Klasse public class C<T> { private T t; } // Parametrisierte Methode public <T1> String foo(t1 t1) { return t.tostring() + t1.tostring(); }

17 Typsystem TypeVariable<D extends GenericDeclaration> «interface» Type «interface» TypeVariable<D extends GenericDeclaration> getbounds(): Type[] getgenericdeclaration(): D getname(): String

18 Typsystem Einschränkungen einer Typvariable public class D<T extends C & I1 & I2> {... } Die Typvariable T wird durch die Klasse C und die beiden Interfaces I1 und I2 eingeschränkt. D<T> entspricht D<T extends Object>.

19 Beispiel Typsystem Für public class D<T extends C & I1 & I2> {... } erhalten wir für das zu T gehörige TypeVariable-Objekt getbounds() = {C.class, I1.class, I2.class} getgenericdeclaration() = D.class getname() = "T"

20 Typsystem Interface ParameterizedType «interface» Type «interface» ParameterizedType getactualtypearguments(): Type[] getownertype(): Type getrawtype(): Type

21 Beispiel Typsystem Für public class C<T> {... } lässt sich schreiben C<A> ca = new C<A>(); Dabei ist C<A> ein parametrisierter Typ.

22 Typsystem Das zu C<A> gehörige ParameterizedType-Objekt liefert getactualtypearguments() = {A.class} getownertype() = null getrawtype() = C.class

23 Typsystem Interface GenericArrayType «interface» Type «interface» GenericArrayType getgenericcomponenttype(): Type

24 Typsystem Für public class C<T> {... } lässt sich schreiben C<A>[] ca = null; Dabei ist C<A>[] generischer Array-Typ.

25 Interface WildcardType Typsystem «interface» Type «interface» WildcardType getlowerbounds(): Type[] getupperbounds(): Type[]

26 1. Beispiel Typsystem Wildcard-Typen ähneln den parametrisierten Typen, allerdings haben sie irgendeinen Typ als aktuelles Argument. Für public C<T> {} sind die zu C<?> cwild; C<? extends A> cwildext; C<? super B> cwildsup; gehörigen Type-Objekte vom Wildcard-Typ.

27 2. Beispiel Typsystem Wir wollen nun Getränkekästen für unsere Flaschen modellieren. «abstract» BottleBox add(bottle: Bottle) getbottle(index: int): Bottle getbottlecount(): int getcapacity(): int isfull(): boolean BeerBottleBox «abstract» WineBottleBox RedWineBottleBox WhiteWineBottleBox

28 Typsystem public class BottleBox<T extends Bottle<? extends Drink>> { private Object[] bottles; private int count = 0;... public void add(t bottle) { bottles[count] = bottle; count++; } } public T getbottle(int index) { return (T) this.bottles[index]; }

29 Gliederung Typsystem 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

30 Typsystem bei parametrisierten Typen Erinnern wir uns an unser Flaschen-Beispiel. «abstract» Bottle -content: Drink +fill(content: Drink) +empty(): Drink BeerBottle «abstract» WineBottle RedWineBottle WhiteWineBottle

31 Typsystem bei parametrisierten Typen Erinnern wir uns an unser Flaschen-Beispiel. Bottle<Drink> -content: Drink +fill(content: Drink) +empty(): Drink Bottle<Beer> Bottle<Wine> Bottle<RedWine> Bottle<WhiteWine> In der generische Lösung existiert keine shierarchie.

32 Was wäre wenn doch? Typsystem Bottle<Drink> drinkbottle= new Bottle<Drink>(); Bottle<Beer> beerbottle = new Bottle<Beer>(); RedWine red = new RedWine("Rot"); drinkbottle = beerbottle; drinkbottle.fill(red); Wir können nun Wein in eine Bierflasche füllen und sind somit nicht mehr typsicher.

33 Typsystem bei Wildcard-Typen Unsere generischen Getränkekästen basieren auf Wildcards. «abstract» BottleBox add(bottle: Bottle) getbottle(index: int): Bottle getbottlecount(): int getcapacity(): int isfull(): boolean BeerBottleBox «abstract» WineBottleBox RedWineBottleBox WhiteWineBottleBox

34 Typsystem bei Wildcard-Typen Unsere generischen Getränkekästen basieren auf Wildcards. BottleBox<? extends Drink> add(bottle: Bottle) getbottle(index: int): Bottle getbottlecount(): int getcapacity(): int isfull(): boolean BottleBox<? extends Beer> BottleBox<? extends Wine> BottleBox<? extends RedWine> BottleBox<? extends WhiteWine> Dort bleibt die erhalten.

35 Übersicht Typsystem Object C<?> C<Object> C<? super Object> C<? extends A> C<A> C<? super A> C<? extends B> C<B> C<? super B>

36 Gliederung Typsystem Typinferenz Wildcard Capture 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

37 Typsystem Typinferenz Wildcard Capture Eine parametrisierte Methode muss (und darf) nicht mit einem expliziten Typargument aufgerufen werden. public <T> T choose(t a, T b) { // gibt zufällig a oder b zurück } Ein passendes Typargument wird automatisch ermittelt.

38 Beispiel für Typinferenz Typsystem Typinferenz Wildcard Capture Set<Integer> intset = new TreeSet<Integer>(); List<String> stringlist = new ArrayList<String>(); Object result = choose(intset, stringlist); Collection<? extends Comparable<?>> resultcollection = choose(intset, stringlist);

39 Gliederung Typsystem Typinferenz Wildcard Capture 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

40 Typsystem Typinferenz Wildcard Capture Man will für eine beliebige Mengen eine ReadOnly-Sicht der Menge haben. <T> Set<T> unmodifiableset(set<t> set){...} Die Methode lässt sich auch für einen Wildcard-Typ verwenden: Set<?> set= new TreeSet<String>(); set = c.unmodifiableset(set); Der aktuelle Typ hinter? wird in T festgehalten ( Capture ).

41 Typsystem Zusammenfassung Generics Typinferenz Wildcard Capture Generics bieten eine sinnvolle Erweiterung des Java-Typsystems. ermöglichen elegante Lösungen von existierenden Problemen. verbessern Lesbarkeit und Wartbarkeit von Programmen. sind typsicher.

42 Diskussion Typsystem Typinferenz Wildcard Capture 1 Typsystem 2 3 Typinferenz Wildcard Capture

43 Verbesserungsvorschläge? class Bottle<T> { private T content; public T empty(){...} public void fill(t drink){...} }

44 Literatur Johannes Nowak. Fortgeschrittene Programmierung mit Java 5. dpunkt, 1. aufl. edition, Mads Torgersen, Erik Ernst, Christian Plesner Hansen, Peter von der Ahé, Gilad Bracha, and Neal M. Gafter. Adding wildcards to the java programming language. Journal of Object Technology, 3(11):97 116, December 2004.