13.JavagenericsAA2016-2017

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JavaInterfaceeastrazione

interface ListOfNumbers { boolean add(Number elt); Number get(int index); } interface ListOfIntegers { boolean add(Integer elt); Integer get(int index); } …eListOfStringse…//Necessarioastrarresui,piinterface List<E> { boolean add(E n); E get(int index); }

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UsiamoI,pi!!! List<Integer> List<Number> List<String> List<List<String>> …

ParametrieparametridiApo

interface ListOfIntegers { boolean add(Integer elt); Integer get(int index); } interface List<E> { boolean add(E elt); E get(int index); }

3

•  Dichiarazionedelparametroformale

•  IstanziatoconunaespressionechehailAporichiesto(lst.add(7))

•  Tipodiadd:Integer→boolean

•  DichiarazionediunparametrodiApo•  IstanziabileconunqualunqueApo

•  List<String>

VariabilidiApo

class NewSet<T> implements Set<T> { // rep invariant: // non-null, contains no duplicates // ... List<T> theRep; T lastItemInserted; ... }

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Dichiarazione

UseUAlizzo

Dichiarareclassigeneriche

class Name<TypeVar1, …, TypeVarN> {…} interface Name<TypeVar1, …, TypeVarN> {…}

o  convenzionistandardTperType,EperElement,KperKey,VperValue,…

IstanziareunaclassegenericasignificafornireunvalorediApo

Name<Type1, …, TypeN>

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IstanziareApi

boolean add1(Object elt); boolean add2(Number elt); add1(new Date( )); // OK add2(new Date( )); // compile-time error

interface List1<E extends Object> {…} interface List2<E extends Number> {…}

List1<Date> // OK, Date è un sottotipo di Object

List2<Date> // compile-time error, Date non è // sottotipo di Number

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Limitesuperioregerarchia

VisioneeffeSvadeigenerici

class Name<TypeVar1 extends Type1, …, TypeVarN extends TypeN> {…}

o  (analogoperleinterfacce)o  (intuizione:Objectèillimitesuperioredidefaultnellagerarchiadei

Api)

IstanziazioneidenAca Name<Type1, …, TypeN>

 Macompile-,meerrorseilApononèunsoVoApodellimitesuperiore

dellagerarchia

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UsiamolevariabilidiApo

SipossonoeffeVuaretuVeleoperazionicompaAbiliconillimitesuperioredellagerarchia

o  conceVualmentequestocorrispondeaforzareunaprecondizionesullaistanziazionedelApo

class List1<E extends Object> { void m(E arg) { arg.asInt( ); // compiler error, E potrebbe

// non avere l’operazione asInt } }

class List2<E extends Number> { void m(E arg) { arg.asInt( ); // OK, Number e tutti i suoi // sottotipi supportano asInt } }

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VincolidiApo

<TypeVar extends SuperType> o  upperbound;vabeneilsupertypeounodeisuoisoVoApi

<TypeVar extends ClassA & InterfB & InterfC & … > o  Mul,pleupperbounds

<TypeVar super SubType> o  lowerbound;vabeneilsoVoApoounoqualunquedeisuoisuperApi

Esempio// strutture di ordine su alberi public class TreeSet<T extends Comparable<T>> { ... } 9

Esempio

class Utils { static double sumList(List<Number> lst) { double result = 0.0; for (Number n : lst) result += n.doubleValue( ); return result; } static Number choose(List<Number> lst) { int i = ... // numero random < lst.size return lst.get(i); } }

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Soluzioneefficace

class Utils { static <T extends Number> double sumList(List<T> lst) { double result = 0.0; for (Number n : lst) // T also works result += n.doubleValue(); return result; } static <T> T choose(List<T> lst) { int i = … // random number < lst.size return lst.get(i); } }

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DichiarareivincolisuiApi

DichiarareivincolisuiApi

Metodigenerici

MetodichepossonousareiApigenericidelleclassi

PossonodichiarareancheiloroApigenerici

  LeinvocazionidimetodigenericidevonoobbligatoriamenteistanziareiparametridiApoo  staAcamente:unaformadiinferenzadiApo

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Unesempio

public class InsertionSort<T extends Comparable<T>> { public void sort(T[ ] x) {

T tmp; for (int i = 1; i < x.length; i++) {

// invariant: x[0],...,x[i-1] sorted tmp = x[i];

for (int j = i; j > 0 && x[j-1].compareTo(tmp) > 0; j--)

x[j] = x[j-1]; x[j] = tmp; } } }

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GenericielanozionedisoVoApo

  IntegerèunsoVoApodiNumber

  List<Integer>èunsoVoApodiList<Number>?

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Number

Integer

List<Number>

List<Integer> ?

QualisonoleregolediJava?

SeType2eType3sonodifferenA,eType2èunsoVoApodiType3,alloraType1<Type2>nonèunsoVoApodiType1<Type3>Formalmente:lanozionedisoVoApousatainJavaèinvarianteperleclassigeneriche

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Esempi(daJava)

  TipiesoVoApio  IntegerèunsoVoApodiNumbero  ArrayList<E>èunsoVoApodiList<E>o  List<E>èunsoVoApodiCollecAon<E>

  Mao  List<Integer>nonèunsoVoApodiList<Number>

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List<Number>eList<Integer>

interface List<T> { boolean add(T elt); T get(int index); }

typeList<Number>has boolean add(Number elt); Number get(int index);

typeList<Integer>has boolean add(Integer elt); Integer get(int index);

List<Number>nonèunsuperApodiList<Integer>

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Number

Integer

Unadiscussione(percapireanchelaricercanelseVore)

interface List<T> { T get(int index); }

typeList<Number>has Number get(int index);

typeList<Integer>has Integer get(int index);

LanozionedisoVoApocovariantesarebbecorreVao  List<Integer>soVoApodiList<Number>

SfortunatamenteJavanonadoVaquestasoluzione

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Number

Integer

Alloraparliamoanchedicontravarianza

interface List<T> { boolean add(T elt); }

typeList<Number>has boolean add(Number elt);

typeList<Integer>has boolean add(Integer elt);

LanozionedisoVoApocontravariantesarebbealtreVantocorreVao  List<Number>èsoVoApodiList<Integer>

MaJava...

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Number

Integer

AltriaspeS

  List<Integer>eList<Number>nonsonocorrelaAdallanozionedisoVoApo

  TuVavia,indiversicasilanozionedisoVoAposuigenericifunzionacomeunoseloaspeVaancheinJava

  Esempio:assumiamocheLargeBagextendsBag,allorao  LargeBag<Integer>èunsoVoApodiBag<Integer> o  LargeBag<Number>èunsoVoApodiBag<Number> o  LargeBag<String>èunsoVoApodiBag<String> o  …

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c

// (che non appartengono a this) void addAll(??? c); } QualeèilmigliorApoperilparametroformale?

o  Ilpiùampiopossibile…o  …chepermeVediavereimplementazionicorreVe

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che non appartengono a this) void addAll(??? c); } Unaprimasceltaèvoid addAll(Set<E> c); TropporestriSvo

o  unparametroaVualediApoList<E>nonsarebbepermesso,eciòèspiacevole…

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che non appartengono a this) void addAll(??? c); } SecondotentaAvo: void addAll(Collection<E> c);

TropporestriSvoo  ilparametroaVualediApoList<Integer>perSet<Number>

nonvabeneancheseaddAllhasolobisognodileggeredacenondimodificarlo!!!

o  questaèlaprincipalelimitazionedellanozionediinvarianzaperigenericiinJava

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che non appartengono a this) void addAll(??? c); }

Proviamoancora <T extends E> void addAll(Collection<T> c);

Ideabuona:unparametrogenericomavincolatoo  possoavereunparametroaVualediApoList<Integer>perSet<Number>

o  addAllnonpuòvederenell’implementazioneilApoT,sasolocheèunsoVoApodiE,enonpuòmodificarelacollecAonc

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Altroesempio

<T> void copyTo(List<T> dst, List<T> src) { for (T t : src) dst.add(t); }

Lasoluzionevabene,maancorameglio

<T1, T2 extends T1> void copyTo(List<T1> dst, List<T2> src) { for (T2 t : src) dst.add(t); }

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Wildcard

Sintassidellewildcardo  ? extends Type,soVoApononspecificatodelApoType o  ?notazionesemplificataper? extends Object o  ? super Type,superApononspecificatodelApoType

wildcard=unavariabilediApoanonimao  ?Apononconosciutoo  siusanolewildcardquandosiusaunApoesaVamenteunavoltama

nonsiconosceilnomeo  l’unicacosachesisaèl’unicitàdelApo

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Esempi

interface Set<E> { void addAll(Collection<? extends E> c); }

o  maggiormenteflessibilerispeVoavoid addAll(Collection<E> c);

o  espressivacome <T extends E> void addAll(Collection<T> c);

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ProducerExtends,ConsumerSuper

Quandosiusanolewildcard?o  siusa? extends TneicasiincuisivoglionooVeneredeivalori(da

unproduVoredivalori)o  siusa? super Tneicasiincuisivoglionoinserirevalori(inun

consumatore)o  nonvannousate(bastaT)quandosioVengonoesiproduconovalori

<T> void copy(List<? super T> dst, List<? extends T> src);

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?vsObject

?TipoparAcolareanonimovoid printAll(List<?> lst) {…}

QualeèladifferenzatraList<?>eList<Object>?o possiamoistanziare?conunApoqualunque:Object,String,…o  List<Object>èpiùrestriSvo:List<String>nonvabene

QualeèladifferenzatraList<Foo>eList<? extends Foo> o nelsecondocasoilApoanonimoèunsoVoAposconosciutodiFoo

List<? extends Animal> puòmemorizzareGiraffemanonZebre

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Rawtypes

  Conrawtypesiindicaunaclasse/interfacciasenzanessunargomentodiApo(legacycode)

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Vector<Integer> intVec = new Vector<Integer>(); Vector rawVec = new Vector(); // OK

Vector<String> stringVec = new Vector<String>(); Vector rawVec = stringVec; // OK

Vector rawVec = new Vector(); // rawVector is a raw type of Vector<T>

Vector<Integer> intVector = rawVector; // warning: unchecked conversion

InferenzadiApo

  Inferenza:capacitàdicontrollareunainvocazionedimetodoeladichiarazionedimetodoassociataalfinedideterminareilApopiùspecifico,inaccordoaivincolidiApopresenA,cherendeilmetodoeffeSvamenteinvocabile

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class MyClass<S> { <T> MyClass(T t) { ... } }

new MyClass<Integer>("")

MyClass<Integer> myObject = new MyClass<>("")

diamondnotaAon

Ancoral’inferenzadiApo

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static <T> List<T> emptyList();

List<String> listOne = Collections.<String>emptyList();

List<String> listOne = Collections.emptyList();

void processStringList(List<String> stringList) { ... }

processStringList(Collections.<String>emptyList());

processStringList(Collections.emptyList());

metodoinCollecAons

obbligatorioInJava7Java8inferiscedalApodelparametro

Javaarray

SappiamobenecomeoperarecongliarrayinJava…Vero?

Analizziamoquestaclasseclass Array<T> { public T get(int i) { … "op" … } public T set(T newVal, int i) { … "op" … } } Domanda:SeType1èunsoVoApodiType2,qualeèlarelazionetraType1[]eType2[]??

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Sorpresa!

SappiamocheperigenericilanozionedisoVoApoèinvariante,pertantoseType1èunsoVoApodiType2,alloraType1[]eType2[]nondovrebberoesserecorrelaA

  MaJavaèstrano,seType1èunsoVoApodiType2,alloraType1[]èunsoVoApodiType2[] o  Java(maancheC#)hafaVoquestasceltaprimadell’introduzionedei

genericio  cambiarlaoraèunpo’troppoinvasivoperipigriprogrammatoriJava

(commentoobbligatoperchifaricercasuiprincipideilinguaggidiprogrammazione)

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Cisonoanchecose“buone”

Gliinglesidicono:“Programmersdookaystuff”void maybeSwap(LibraryHolding[ ] arr) { if(arr[17].dueDate( ) < arr[34].dueDate( )) // … swap arr[17] and arr[34] } // cliente Book[ ] books = …; maybeSwap(books); // usa la covarianza degli array

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LibraryHolding

Book CD

Mapuòandaremale

void replace17(LibraryHolding[ ] arr, LibraryHolding h) { arr[17] = h; }

// il solito cliente Book[] books = …; LibraryHolding theWall = new CD("Pink Floyd", "The Wall", … ); replace17(books, theWall); Book b = books[17]; // contiene un CD b.getChapters( ); // problema!!

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LibraryHolding

Book CD

LesceltediJava

  IlApodinamicoèunsoVoApodiquellostaAcoo  violatonelcasodiBook b

  LasceltadiJavao  ogniarray“conosce”ilsuoApodinamico(Book[ ])o  modificarea(run-Ame)conununsuperApodeterminaArrayStoreException

  pertantoreplace17sollevaunaeccezioneo  EveryJavaarray-updateincludesrun-,mecheck

! (dallaspecificadellaJVM)o  Morale:fateaVenzioneagliarrayinJava

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Toogoodtobetrue:typeerasure

TuSiApigenericisonotrasformaAinObjectnelprocessodicompilazioneo  moAvo:backward-compaAbilityconilcodicevecchioo  morale:arunAme,tuVeleistanziazionigenerichehannolostessoApoList<String> lst1 = new ArrayList<String>( ); List<Integer> lst2 = new ArrayList<Integer>( ); lst1.getClass( ) == lst2.getClass( ) // true

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GenericiecasAng

List<?> lg = new ArrayList<String>( ); // ok List<String> ls = (List<String>) lg; // warning

DalladocumentazioneJava:“Compilergivesanuncheckedwarning,sincethisissomethingtherun-Amesystemwillnotcheckforyou”Problema public static <T> T badCast(T t, Object o){

return (T) o; // unchecked warning }

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equals

class Node<E> { ... @Override public boolean equals(Object obj) { if (!(obj instanceof Node<E>)) return false; Node<E> n = (Node<E>) obj; return this.data( ).equals(n.data( )); } ... }

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Erasure:Apodell’argomentononesistearunAme

equals

class Node<E> { ... @Override public boolean equals(Object obj) { if (!(obj instanceof Node<?>)) return false; Node<E> n = (Node<E>) obj; return this.data( ).equals(n.data( )); } ... }

41

Erasure:arunAmenonsisacosasiaE

Tips(dastackoverflow)

  StartbywriAngaconcreteinstanAaAono  getitcorrect(tesAng,reasoning,etc.)o  considerwriAngasecondconcreteversion

  Generalizeitbyaddingtypeparameterso  thinkaboutwhichtypesarethesameordifferento  thecompilerwillhelpyoufinderrors

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JavaGenerics(JG)

  Ilcompilatoreverifical’uAlizzocorreVodeigenerici  IparametridiAposonoeliminaAnelprocessodicompilazioneeil“classfile”risultantedallacompilazioneèunnormaleclassfilesenzapoliformismoparametrico

Esempio

class Vector<T> { T[] v; int sz; Vector() { v = new T[15]; sz = 0; } <U implements Comparer<T>> void sort(U c) { … c.compare(v[i], v[j]); … } } … Vector<Button> v; v.addElement(new Button()); Button b = v.elementAt(0);

class Vector { Object[] v; int sz; Vector() { v = new Object[15]; sz = 0; } void sort(Comparer c) { … c.compare(v[i], v[j]); … } } … Vector v; v.addElement(new Button()); Button b =

(Button)b.elementAt(0);

Considerazioni

  JGaiutanoamigliorareilpolimorfismodellasoluzione  Limiteprincipale:ilApoeffeSvoèpersoarunAmeacausadellatypeerasure  TuVeleistanziazionisonoidenAficate  EsistonoaltreimplementazionideigenericiperJava

GenericseJava

JG/Pizza Bracha, Odersky, Stoutamire, Wadler

NextGen Cartwright, Steele

PolyJ Bank, Liskov, Myers

Agesen, Freund, Mitchell

Generic CLR Kennedy, Syme

Parameterized types !

+ bounds !

+ bounds !

+ constraints !

+ bounds !

+ bounds

Polymorphic methods ! ! " " ! Type checking at point of definition ! ! ! " ! Non-reference instantiations " " ! ! ! Exact run-time types " ! ? ! ! Polymorphic virtual methods " ! " " ! Type parameter variance " ! " " "

System

Feature

Unaan7cipazionediprogrammazioneavanzata

GenericC#

  KennedyandSymehaveextendedCLRtosupportparametrictypes(thesameproposalhasbeenmadeforPolyJbyCartwrightandSteele)  Theverifier,JITandloaderhavebeenchanged  WhentheprogramneedsaninstanAaAonofagenerictypetheloadergeneratestheappropriatetype  TheJITcanshareimplementaAonofreferenceinstanAaAons(Stack<String>hasessenAallythesamecodeofStack<Object>)

GenericC#compiler

  GC#compilerimplementsaJGlikenotaAonforparametrictypes  BoundsarethesameasinJG  NOtype-inferenceongenericmethods:thetypemustbespecifiedinthecall  ExactrunAmetypesaregrantedbyCLRsovirtualgenericmethodsareallowed  Alltypeconstructorscanbeparameterized:struct,classes,interfacesanddelegates

Esempio

.field private !0[] v

.method private hidebysig specialname

rtspecialname instance void .ctor() cil

managed { .maxstack 2 ldarg.0 call instance void

[mscorlib]System.Object::.ctor()

ldarg.0 ldc.i4.s 15 newarr !0 stfld !0[] class n.Foo<!

0>::v ret } // end of method Foo::.ctor

using System; namespace n { public class Foo<T> { T[] v; Foo() { v = new T[15]; } public static void Main(string[] args) { Foo<string> f = new Foo<string>(); f.v[0] = "Hello"; string h = f.v[0]; Console.Write(h); } } }