Institut für Programmierung und Reaktive Systeme

Generics und Collections

Markus Reschke

26.08.2014

Generics Collections Framework

Motivation

Zur Zeit zwei Möglichkeiten zur Implementierung von Datenstrukturen

Speicherung von Werten als Object

Gut: Eine Implementierung für alle Datentypen Schlecht: Keine Typsicherheit (Autos in eine Liste von Strings packen)

Speicherung von Werten als konkreter Typ

Gut: Typsicherheit Schlecht: Eine Implementierung für jeden zu speichernden Datentyp

Können wir Typsicherheit haben, ohne den Code zu vervielfachen?

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Generics Collections Framework

Generics - Konzept

Typen bei Attributs- und Methodendefinitionen werden durch Platzhalter ersetzt z.B. insert(T item)

Beim Erzeugen von Objekten und Verwenden von Methoden geben wir die Typen für die Platzhalter an

Compiler überprüft, dass Argumente zu den für die Platzhalter angegebenen Typen passen

Compiler erzeugt Bytecode, in dem statt des Platzhalter-Typs Object verwendet wird (Type Erasure)

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Generics Collections Framework

Generische Klassen in Java

Typparameter werden hinter der Klasse in spitzen Klammern aufgelistet.

Können danach in der Klasse als Typangaben beim Definieren von Referenzen (lokal, Attribute, Parameter) verwendet werden

Analog für Interfaces (siehe weiter unten)

1 public class Pair {

2 ...

3 public E1 getFirst () {

4 }

5 ...

6 }

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Generics Collections Framework

Type Erasure

Typparameter werden nach der Typüberprüfung beim Kompilieren durch Object ersetzt Der Compiler erzeugt nur diese eine Implementierung für alle möglichen Typen Typ ist nur Laufzeit nicht verfügbar Daher auch keine generische Objekterzeugung möglich (also kein new T())

1 public class Pair {

2

3 // T foobar = new T() ist nicht moeglich

4

5 ...

6 public Object getFirst () {

7 }

8 ...

9 }

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Verkettete Liste

Siehe Vorlesung (Live)

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Eine Klasse für Paare

Siehe Vorlesung (Live)

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Das Interface Comparable

Besitzt Methode public int compareTo(T obj)

Benutzung: o1.compareTo(o2)

Soll etwas negatives zurückgeben, wenn o1 < o2

Soll 0 zurückgeben, wenn o1 == o2

Soll etwas positives zurückgeben, wenn o1 > o2

1 public class Counter implements Comparable {

2 ...

3 public int compareTo(Counter c) {

4 return getCount () - c.getCount ();

5 }

6 }

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Typebounds

Manchmal muss ein Typ für einen Typparameter bestimmte Eigenschaften erfüllen (z.B. Vergleichbarkeit)

Typebounds beschränken die möglichen Typen für einen Parameter

Syntax: T extends B1 & B2 & B3

Maximal eine Klasse als Bound möglich, Rest Interfaces (Klasse muss erster Bound sein)

T muss von den Bound-Typen abgeleitet sein oder diese implementieren

Immer extends, auch bei Interfaces!!!

1 public class SortedList {

2 ...

3 }

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Generische Methoden

Auch Methoden (statische und nicht statische) können generisch sein.

Typparameter werden vor dem Rückgabetyp der Methode angegeben

Compiler versucht, bei der Verwendung die Typen für die Parameter herzuleiten

Daher: oft keine explizite Angabe nötig

Falls nötig, möglich mit KlasseOderObjekt.methode(Argumente)

1 public class Utils {

2 ...

3 public static T min(T a, T b) {...}

4 ...

5 }

6 ...

7 String min = Utils.min("a","b");

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Generisches Maximum

Siehe Utils.java und UtilsExample.java

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Invarianz generischer Typen

Generische Typen sind nur zu sich selber zuweisungskompatibel

Generische Referenzen sind daher invariant

1 LList ls = new LList ();

2 LList lo = ls; //Nicht moeglich durch Invarianz

3 lo.add(new Object ());

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Wildcards

Wildcards heben Invarianz von Referenzen teilweise auf

Schränken dafür Zugriffe ein

Drei Arten:

Kovarianz Kontravarianz Bivarianz

Tipp um Varianz zu verstehen: Was weiß der Compiler über die Typen?

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Kovarianz

Syntax: Klasse

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Kontravarianz

Syntax: Klasse

Generics Collections Framework

Bivarianz

Syntax: Klasse

Zuweisungskompatibel für alle Typargumente

Schreiben verboten

Lesen nur als Objekt

1 Integer i2 = 0;

2 Object x2 = null;

3 LinkedList l2 = new LinkedList ();

4 l2.add(4); // Schreiben verboten , Typ koennte spezifischer als

Integer sein

5 i2 = l2.get (0); // Lesen als Integer verboten , Liste koennte

Objects speichern

6 x2 = l2.get (0); // Object lesen erlaubt

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Generische Paarsumme

Siehe Utils.java und PairExample.java

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Klausuraufgabe (Übungsklausur)

Siehe InsertionSort.java und InsertionSortGen.java

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Java Collections Framework

Bietet fertige Implementierung einiger Datenstrukturen

Generisch

Interfaces trennen Datentypen von Implementierung

Im Paket java.util

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LinkedList

LinkedList

Generische Implementierung einer verlinkten Liste

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LinkedList

Siehe LinkedListEx.java

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ArrayList

ArrayList

Generische Implementierung einer arraybasierten Liste

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Iterable und Iterator

Iterator ist ein Interface, das Methoden zum elementweisen Laufen durch eine Datenstruktur bereitstellt

public boolean hasNext() gibt an, ob die Datenstruktur noch Elemente enthält

public T next() gibt das nächste Element zurück

public void remove() entfernt das letzte von next() zurückgegebene Element

Iterable ist ein Interface, welches angibt, dass man für die implementierende Klasse einen Iterator bekommen kann

public Iterator iterator() gibt einen Iterator für eine Klasse zurück

Klassen, die Iterable implementieren, können mit der for-each-Schleife verwendet werden.

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HashMap

HashMap

Generische Implementierung hashbasierten Map

Implementiert Interface Map

Ordnet einem Wert von Typ K (Schlüssel) einen vom Typ V (Wert) zu.

Intern vorstellbar als Array

Auswahl des Speicherplatzes anhand des hashCode()-Wertes

Dadurch schnelles Holen, falls wenige Kollisionen durch hashCode()

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