AA Java generics

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1 AA Java generics 1

2 Java Interface e astrazine interface ListOfNumbers { blean add(number elt); Number get(int index); interface ListOfIntegers { blean add(integer elt); Integer get(int index); e ListOfStrings e // Necessari astrarre sui,pi interface List<E> { blean add(e n); E get(int index); 2

3 Java Interface e astrazine interface ListOfNumbers { blean add(number elt); Number get(int index); interface ListOfIntegers { blean add(integer elt); Integer get(int index); e ListOfStrings e // Necessari astrarre sui,pi interface List<E> { blean add(e n); E get(int index); Usiam I,pi!!! List<Integer> List<Number> List<String> List<List<String>> 3

4 Parametri e parametri di Ap interface ListOfIntegers { blean add(integer elt); Integer get(int index); interface List<E> { blean add(e elt); E get(int index); Dichiarazine del parametr frmale Istanziat cn una espressine che ha il Ap richiest (lst.add(7)) Tip di add: Integer blean Dichiarazine di un parametr di Ap Istanziabile cn un qualunque Ap List<String> 4

5 Variabili di Ap class NewSet<T> implements Set<T> { // rep invariant: // nn-null, cntains n duplicates //... List<T> therep; T lastiteminserted;... Dichiarazine Use UAlizz 5

6 Dichiarare classi generiche class Name<TypeVar1,, TypeVarN> { interface Name<TypeVar1,, TypeVarN> { cnvenzini standard T per Type, E per Element, K per Key, V per Value, Istanziare una classe generica significa frnire un valre di Ap Name<Type1,, TypeN> 6

7 Istanziare Api blean add1(object elt); blean add2(number elt); add1(new Date( )); // OK add2(new Date( )); // cmpile-time errr Limite superire gerarchia interface List1<E extends Object> { interface List2<E extends Number> { List1<Date> // OK, Date è un stttip di Object List2<Date> // cmpile-time errr, Date nn è // stttip di Number 7

8 Visine effetva dei generici class Name<TypeVar1 extends Type1,, TypeVarN extends TypeN> { (analg per le interfacce) (intuizine: Object è il limite superire di default nella gerarchia dei Api) Istanziazine idenaca Name<Type1,, TypeN> Ma cmpile-,me errr se il Ap nn è un swap del limite superire della gerarchia 8

9 Usiam le variabili di Ap Si pssn effewuare tuwe le perazini cmpaabili cn il limite superire della gerarchia cncewualmente quest crrispnde a frzare una precndizine sulla istanziazine del Ap class List1<E extends Object> { vid m(e arg) { arg.asint( ); // cmpiler errr, E ptrebbe // nn avere l perazine asint class List2<E extends Number> { vid m(e arg) { arg.asint( ); // OK, Number e tutti i sui // stttipi supprtan asint 9

10 Vincli di Ap <TypeVar extends SuperType> upper bund; va bene il supertype un dei sui swapi <TypeVar extends ClassA & InterfB & InterfC & > Mul,ple upper bunds <TypeVar super SubType> Esempi lwer bund; va bene il swap un qualunque dei sui superapi // strutture di rdine su alberi public class TreeSet<T extends Cmparable<T>> {... 10

11 Esempi class Utils { static duble sumlist(list<number> lst) { duble result = 0.0; fr (Number n : lst) result += n.dublevalue( ); return result; static Number chse(list<number> lst) { int i =... // numer randm < lst.size return lst.get(i); 11

12 Sluzine efficace class Utils { static <T extends Number> duble sumlist(list<t> lst) { duble result = 0.0; fr (Number n : lst) // T als wrks result += n.dublevalue(); Dichiarare i vincli sui Api return result; static <T> T chse(list<t> lst) { int i = // randm number < lst.size return lst.get(i); Dichiarare i vincli sui Api 12

13 Metdi generici Metdi che pssn usare i Api generici delle classi Pssn dichiarare anche i lr Api generici Le invcazini di metdi generici dev bbligatriamente istanziare i parametri di Ap staacamente: una frma di inferenza di Ap 13

14 Un esempi public class InsertinSrt<T extends Cmparable<T>> { public vid srt(t[ ] x) { T tmp; fr (int i = 1; i < x.length; i++) { // invariant: x[0],...,x[i-1] srted tmp = x[i]; fr (int j = i; j > 0 && x[j-1].cmparet(tmp) > 0; j--) x[j] = x[j-1]; x[j] = tmp; 14

15 Generici e la nzine di swap Number Integer List<Number>? List<Integer> Integer è un swap di Number List<Integer> è un swap di List<Number>? 15

16 Quali sn le regle di Java? Se Type2 e Type3 sn differena, e Type2 è un swap di Type3, allra Type1<Type2> nn è un swap di Type1<Type3> Frmalmente: la nzine di swap usata in Java è invariante per le classi generiche 16

17 Esempi (da Java) Tipi e swapi Integer è un swap di Number ArrayList<E> è un swap di List<E> List<E> è un swap di CllecAn<E> Ma List<Integer> nn è un swap di List<Number> 17

18 List<Number> e List<Integer> interface List<T> { blean add(t elt); T get(int index); Number Integer type List<Number> has blean add(number elt); Number get(int index); type List<Integer> has blean add(integer elt); Integer get(int index); List<Number> nn è un superap di List<Integer> 18

19 Una discussine (per capire anche la ricerca nel sewre) interface List<T> { T get(int index); type List<Number> has Number get(int index); Number Integer type List<Integer> has Integer get(int index); La nzine di swap cvariante sarebbe crrewa List<Integer> swap di List<Number> Sfrtunatamente Java nn adwa questa sluzine 19

20 Allra parliam anche di cntravarianza interface List<T> { blean add(t elt); type List<Number> has blean add(number elt); Number Integer type List<Integer> has blean add(integer elt); La nzine di swap cntravariante sarebbe altrewant crrewa List<Number> è swap di List<Integer> Ma Java... 20

21 Altri aspet List<Integer> e List<Number> nn sn crrelaa dalla nzine di swap TuWavia, in diversi casi la nzine di swap sui generici funzina cme un se l aspewa anche in Java Esempi: assumiam che LargeBag extends Bag, allra LargeBag<Integer> è un swap di Bag<Integer> LargeBag<Number> è un swap di Bag<Number> LargeBag<String> è un swap di Bag<String> 21

22 addall interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che nn appartengn a this) vid addall(??? c); Quale è il miglir Ap per il parametr frmale? Il più ampi pssibile che permewe di avere implementazini crrewe 22

23 addall interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che nn appartengn a this) vid addall(??? c); Una prima scelta è vid addall(set<e> c); Trpp restritv un parametr awuale di Ap List<E> nn sarebbe permess, e ciò è spiacevle 23

24 addall interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che nn appartengn a this) vid addall(??? c); Secnd tentaav: vid addall(cllectin<e> c); Trpp restritv il parametr awuale di Ap List<Integer> per Set<Number> nn va bene anche se addall ha sl bisgn di leggere da c e nn di mdificarl!!! questa è la principale limitazine della nzine di invarianza per i generici in Java 24

25 addall interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che nn appartengn a this) vid addall(??? c); Prviam ancra <T extends E> vid addall(cllectin<t> c); Idea buna: un parametr generic ma vinclat pss avere un parametr awuale di Ap List<Integer> per Set<Number> addall nn può vedere nell implementazine il Ap T, sa sl che è un swap di E, e nn può mdificare la cllecan c 25

26 Altr esempi <T> vid cpyt(list<t> dst, List<T> src) { fr (T t : src) dst.add(t); La sluzine va bene, ma ancra megli <T1, T2 extends T1> vid cpyt(list<t1> dst, List<T2> src) { fr (T2 t : src) dst.add(t); 26

27 Wildcard Sintassi delle wildcard? extends Type, swap nn specificat del Ap Type? ntazine semplificata per? extends Object? super Type, superap nn specificat del Ap Type wildcard = una variabile di Ap annima? Ap nn cnsciut si usan le wildcard quand si usa un Ap esawamente una vlta ma nn si cnsce il nme l unica csa che si sa è l unicità del Ap 27

28 Esempi interface Set<E> { vid addall(cllectin<? extends E> c); maggirmente flessibile rispew a vid addall(cllectin<e> c); espressiva cme <T extends E> vid addall(cllectin<t> c); 28

29 Prducer Extends, Cnsumer Super Quand si usan le wildcard? si usa? extends T nei casi in cui si vglin Wenere dei valri (da un prduwre di valri) si usa? super T nei casi in cui si vglin inserire valri (in un cnsumatre) nn vann usate (basta T) quand si Wengn e si prducn valri <T> vid cpy(list<? super T> dst, List<? extends T> src); 29

30 ? vs Object? Tip paraclare annim vid printall(list<?> lst) { Quale è la differenza tra List<?> e List<Object>? pssiam istanziare? cn un Ap qualunque: Object, String, List<Object> è più restritv: List<String> nn va bene Quale è la differenza tra List<F> e List<? extends F> nel secnd cas il Ap annim è un swap scnsciut di F List<? extends Animal> può memrizzare Giraffe ma nn Zebre 30

31 Java array Sappiam bene cme perare cn gli array in Java Ver? Analizziam questa classe class Array<T> { public T get(int i) { "p" public T set(t newval, int i) { "p" Dmanda: Se Type1 è un swap di Type2, quale è la relazine tra Type1[] e Type2[]?? 31

32 Srpresa! Sappiam che per i generici la nzine di swap è invariante, pertant se Type1 è un swap di Type2, allra Type1[] e Type2[] nn dvrebber essere crrelaa Ma Java è stran, se Type1 è un swap di Type2, allra Type1[] è un swap di Type2[] Java (ma anche C#) ha faw questa scelta prima dell intrduzine dei generici cambiarla ra è un p trpp invasiv per i pigri prgrammatri Java (cmment bbligat per chi fa ricerca sui principi dei linguaggi di prgrammazine) 32

33 Ci sn anche cse bune Gli inglesi dicn: Prgrammers d kay stuff LibraryHlding Bk vid maybeswap(libraryhlding[ ] arr) { if(arr[17].duedate( ) < arr[34].duedate( )) // swap arr[17] and arr[34] CD // cliente Bk[ ] bks = ; maybeswap(bks); // usa la cvarianza degli array 33

34 Ma può andare male vid replace17(libraryhlding[ ] arr, LibraryHlding h) { arr[17] = h; LibraryHlding Bk CD // il slit cliente Bk[] bks = ; LibraryHlding thewall = new CD("Pink Flyd", replace17(bks, thewall); Bk b = bks[17]; // cntiene un CD b.getchapters( ); // prblema!! "The Wall", ); 34

35 Le scelte di Java Il Ap dinamic è un swap di quell staac vilat nel cas di Bk b La scelta di Java gni array cnsce il su Ap dinamic (Bk[ ]) mdificare a (run- Ame) cn un un superap determina ArrayStreExceptin pertant replace17 slleva una eccezine Every Java array- update includes run-,me check ü (dalla specifica della JVM) Mrale: fate awenzine agli array in Java 35

36 T gd t be true: type erasure TuT i Api generici sn trasfrmaa in Object nel prcess di cmpilazine mav: backward- cmpaability cn il cdice vecchi mrale: a runame, tuwe le istanziazini generiche hann l stess Ap List<String> lst1 = new ArrayList<String>( ); List<Integer> lst2 = new ArrayList<Integer>( ); lst1.getclass( ) == lst2.getclass( ) // true 36

37 Generici e casang List<?> lg = new ArrayList<String>( ); // k List<String> ls = (List<String>) lg; // warning Dalla dcumentazine Java: Cmpiler gives an unchecked warning, since this is smething the run- Ame system will nt check fr yu Prblema public static <T> T badcast(t t, Object ){ return (T) ; // unchecked warning 37

38 equals class Nde<E> public blean equals(object bj) {... if (!(bj instancef Nde<E>)) { return false; Nde<E> n = (Nde<E>) bj; return this.data( ).equals(n.data( )); Erasure: Ap dell argment nn esiste a runame 38

39 equals class Nde<E> public blean equals(object bj) {... if (!(bj instancef Nde<?>)) { return false; Nde<E> n = (Nde<E>) bj; return this.data( ).equals(n.data( )); Erasure: a run Ame nn si sa csa sia E 39

40 Tips (da stackverflw) Start by wriang a cncrete instanaaan get it crrect (tesang, reasning, etc.) cnsider wriang a secnd cncrete versin Generalize it by adding type parameters think abut which types are the same r different the cmpiler will help yu find errrs 40

41 Java Generics (JG) Il cmpilatre verifica l ualizz crrew dei generici I parametri di Ap sn eliminaa nel prcess di cmpilazine e il class file risultante dalla cmpilazine è un nrmale class file senza plifrmism parametric

42 Esempi class Vectr<T> { T[] v; int sz; Vectr() { v = new T[15]; sz = 0; <U implements Cmparer<T>> vid srt(u c) { c.cmpare(v[i], v[j]); Vectr<Buttn> v; v.addelement(new Buttn()); Buttn b = v.elementat(0); class Vectr { Object[] v; int sz; Vectr() { v = new Object[15]; sz = 0; vid srt(cmparer c) { c.cmpare(v[i], v[j]); Vectr v; v.addelement(new Buttn()); Buttn b = (Buttn)b.elementAt(0);

43 Cnsiderazini JG aiutan a miglirare il plimrfism della sluzine Limite principale: il Ap effetv è pers a runame a causa della type erasure TuWe le istanziazini sn idenaficate Esistn altre implementazini dei generici per Java

44 Generics e Java JG/Pizza System Bracha, Odersky, Feature Stutamire, Wadler Parameterized types! + bunds NextGen Cartwright, Steele! + bunds PlyJ Bank, Liskv, Myers! + cnstraints Agesen, Freund, Mitchell! + bunds Generic CLR Kennedy, Syme! + bunds Plymrphic methds!! " "! Type checking at pint f definitin!!! "! Nn-reference instantiatins " "!!! Exact run-time types "!?!! Plymrphic virtual methds "! " "! Type parameter variance "! " " "

45 Una an8cipazine di prgrammazine avanzata

46 Generic C# Kennedy and Syme have extended CLR t supprt parametric types (the same prpsal has been made fr PlyJ by Cartwright and Steele) The verifier, JIT and lader have been changed When the prgram needs an instanaaan f a generic type the lader generates the apprpriate type The JIT can share implementaan f reference instanaaans (Stack<String> has essenaally the same cde f Stack<Object>)

47 Generic C# cmpiler GC# cmpiler implements a JG like ntaan fr parametric types Bunds are the same as in JG NO type- inference n generic methds: the type must be specified in the call Exact runame types are granted by CLR s virtual generic methds are allwed All type cnstructrs can be parameterized: struct, classes, interfaces and delegates

48 Esempi using System; namespace n { public class F<T> { T[] v; F() { v = new T[15]; public static vid Main(string[] args) { F<string> f = new F<string>(); f.v[0] = "Hell"; string h = f.v[0]; Cnsle.Write(h);.field private!0[] v.methd private hidebysig specialname rtspecialname instance vid.ctr() cil managed {.maxstack 2 ldarg.0 call instance vid [mscrlib]system.object::.c tr() ldarg.0 ldc.i4.s 15 newarr!0 stfld!0[] class n.f<! 0>::v ret // end f methd F::.ctr