5.14 Generics. Xiaoyi Jiang Informatik I Grundlagen der Programmierung

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1 Motivation für Generics: Containertypen speichern eine Anzahl von Elementen anderer Typen Wie definiert man die Containerklasse ArrayList? In der Definition könnte man als Elementtyp Object angeben maximale Flexibilität; kann Elemente beliebiger Typen aufnehmen Beispiel: Klasse Node, die einen Knoten in einen binären Baum repräsentiert. Jeder Knoten hat zwei Kindknoten des gleichen Knotentyps und trägt eine Information in Form eines Objektes. Die Kindknoten dürfen auch bei Blattknoten auch null sein. 1

2 class Node { private Node left; private Node right; private Object info; Node(Object i, Node l, Node r) { info = i; left = l; right = r; Node(Object i) { this(i, null, null); Object getinfo() { return info; Node getleft() { return left; Node getright() { return right; void setinfo(object i) { info = i; void setleft(node l) { left = l; void setright(node r) { right = r; 2

3 Node n6 = new Node(6); Node n5 = new Node(5, null, n6); Node n4 = new Node(4); Node n2 = new Node(2, n4, n5); Node n3 = new Node(3); Node n1 = new Node(1, n2, n3); Kompakter, aber unübersichtlicher: Node n = new Node(1, new Node(2, new Node(4), new Node(5, null, new Node(6))), new Node(3)); 3

4 Typische Situation in der Praxis: Sinnvoll, dass die Informationen eines bestimmten Baums alle denselben Typ haben Die obige Klasse ist keine Hilfe. Ohne Weiteres können Bäume aus Knoten mit beliebig zusammen gewürfelten Informationen generiert werden. Beispiel: An einem Integer-Knoten hängen ein String- und ein Double- Kindknoten Node n1 = new Node("foo"); Node n2 = new Node( ); Node n0 = new Node(23, n1, n2); Typcast beim Auslesen von Knoteninformationen erforderlich (warum?): String s = (String) n.getinfo(); Typcast ist immer riskant und sollte mit einer Laufzeit-Überprüfung (instanceof) abgesichert werden 4

5 Lösung 1 (unbrauchbar): Definition neuer Knotenklasse für jeden denkbaren Elementtyp, z.b. StringNode, IntegerNode, usw. Lösung 2: Generische Klassen Bei der Containerklasse wird die Wahl des Elementtyps offen gelassen und der unbekannte Elementtyp durch eine Typvariable repräsentiert. Im Gegensatz zu normalen, nicht generischen Klassen definiert eine einzige generische Klasse viele unterschiedliche Typen, einen für jedes konkrete Typargument. 5

6 class Node<T> { private Node<T> left; private Node<T> right; private T info; Node(T i, Node<T> l, Node<T> r) { info = i; left = l; right = r; Node(T i) { this(i, null, null); Typvariable T getinfo() { return info; Node<T> getleft() { return left; Node<T> getright() { return right; void setinfo(t i) { info = i; void setleft(node<t> l) { left = l; void setright(node<t> r) { right = r; 6

7 Die Typvariable kann ein beliebiger Name sein. Per Konvention werden allerdings einzelne Großbuchstaben gewählt Im Klassenrumpf kann die Typvariable fast wie ein normaler Typ benutzt werden Bei der Anwendung einer generischen Klasse wird für die Typvariable ein konkretes Typargument angegeben Die Kombination einer generischen Klasse mit einem Typargument liefert einen generischen Typ Jeder generische Typ ist ein eigenständiger, neuer Datentyp und kann wie jeder andere Typ verwendet werden 7

8 Beispiel: Node<String> ns = new Node<String>("foo"); Im selben Programm können parallel andere generische Typen der gleichen generischen Klasse benutzt werden: Node<Integer> ni = new Node<Integer>(new Integer(1)); Node<String> und Node<Integer> sind zwei verschiedene und inkompatible Typen, ebenso wie String und Integer Node<Integer> ni = new Node<String>("foo"); // Typfehler Ein Typcast ist nicht mehr nötig String s = ns.getinfo(); // ohne Typcast 8

9 Generische Interfaces: gleiches Prinzip und Syntaxregeln Beispiel: Ein generisches Interface Taggable, das zwei Methoden zum Eintragen und Ablesen einer Markierung (engl. tag) festlegt Interface Taggable<T> { void settag(t tag); T gettag(); 9

10 Nicht-generische Klasse implementiert generisches Interface: Jede Klasse kann einen generischen Interfacetyp implementieren. Dazu wird das generische Interface mit einem konkreten Typargument vershehen, das auch die Signaturen der Methoden festlegt. Class Someclass implements Taggable<String> { private String tag; public void settag(string t) { tag = t; ; public String gettag() { return tag; 10

11 Generische Klasse implementiert generisches Interface: Eine generische Klasse kann auch das generische Interface implementieren und dabei die eigene Typvariable an die Typvariable des Interfaces koppeln Class Noce<T> implements Taggable<T> { private T tag; public void settag(t t) { tag = t; public T gettag() { return tag; 11

12 Interface List 12

13 Class LinkedList 13

14 Mehrere Typvariable: Eine generische Klasse kann mehrere Typvariablen verwenden Beispiel: Generische Klasse Pair, die zwei Objekte zu einem Paar verknüpft class Pair<T, U> { private final T first; private final U second; Pair(T fst, U snd) { first = fst; second = snd; T getfirst() { return first; U getsecond() { return second; 14

15 Die beiden Typvariablen sind unabhängig voneinander Es können beliebige Typargumente angegeben werden Pair<String, Integer> psi; Statische Typprüfung des Compilers stellt sicher, dass keine Typfehler vorliegen Pair<String, Integer> p = new Pair<String, Integer>("foo", new Integer(1)); int I = p.getfirst(); // Fehler! int j = p.getsecond(); // ok 15

16 Invarianz: Abgeleitete Typargumente implizieren keine abgeleiteten generischen Typen Beispiel: Obwohl Integer von Number abgeleitet ist, ist Node<Integer> nicht kompatibel tu Node<Number> Node<Number> n = new Node<Integer>(new Integer(23)); // Fehler 16

17 Wildcardtypen: Generische Typen können auch ein unbestimmtes Typargument nennen Node<?> nx; Alle generischen Typen derselben generischen Klasse sind kompatibel zu diesem Wildcardtyp Node<?> nx; nx = new Node<String>("foo"); nx = new Node<Integer>(new Integer(2)); nx = new Node<Double>(3.14); Die folgende Wertzuweisung ist ungültig (Kompatibilität nicht symmetrisch) Node<String> ns = nx; 17

18 Wildcardtypen eignen sich für Situationen, in denen das konkrete Typargument keine Rolle spielt Beispiel: Eine Methode nodescount, die die Anzahl der Knoten in einem Baum bestimmt. Ausschlaggebend ist die Struktur des Baums und die Knoteninformationen spielen absolut keine Rolle. class Util { int nodescount ((Node<?> n) { if (n == null) return 0; else return 1 + nodescount(n.getleft()) + nodescount(n-getright)); 18

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