Introduzione ai tipi parametrici (Generics) in Java. Algoritmi e Laboratorio a.a Lezioni. Nota linguistica

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1 Università di Torino Facoltà di Scienze MFN Corso di Studi in Informatica Curriculum SR Algoritmi e Laboratorio a.a Lezioni prof. Elio Giovannetti Lezione 18 Tipi generici in Java 5 e uso di void* in C (a.a. 2007). versione 06/11/09 Quest' opera è pubblicata sotto una Licenza Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5. Introduzione ai tipi parametrici (Generics) in Java Una classe può essere definita come dipendente da parametri che sono tipi invece che valori di un tipo. Essi compaiono fra "parentesi angolari" subito dopo il nome della classe. Tali parametri possono poi essere usati all'interno della classe come se fossero dei tipi ordinari. public class Coppia<Tipo1, Tipo2> { private Tipo1 primo; private Tipo2 secondo; Nota: nella definizione del costruttore non si scrivono i parametri-tipi fra parentesi angolari. public Coppia(Tipo1 p, Tipo2 s) { primo = p; secondo = s; public Tipo1 primo() { return primo; public Tipo2 secondo() { return secondo; 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Creazione di oggetti di classi parametriche. All'atto dell'uso del nome della classe come tipo di una variabile, di un parametro o di un risultato, si possono passare alla classe parametrica i tipi effettivi. All'atto della creazione di un oggetto della classe si possono passare al costruttore i tipi effettivi. Tali argomenti-tipi effettivi non possono essere tipi primitivi. Coppia<String, Integer> coppia = new Coppia<String,Integer>("Prog 1", 30); int n = coppia.secondo(); String s = coppia.primo(); Coppia<int, double> c; Errore di compilazione! Nota linguistica Invece di "parametro-tipo" e "argomento-tipo" si usa spesso dire "parametro di tipo" e "argomento di tipo"; si potrebbe anche dire "tipo-parametro" e "tipo-argomento". I parametri-tipi vengono anche detti "tipi generici", e una classe, interfaccia o metodo dipendente da parametri-tipi viene anch'essa detta (classe, interfaccia, ecc.) generica. Ovviamente non si confondano le espressioni "parametro di tipo" e "parametro di tipo A"! I parametri-tipi sono dei parametri simili ai parametri normali, ma di un altro tipo: è come se fossero di un tipo chiamato Tipo o magari Type! Vedi slide seguente. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez /11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Nota linguistica Cioè è come se la classe Coppia avesse la forma: public class Coppia(Type T1, Type T2) { T1 primo; T2 secondo; public Coppia(Type T1, Type T2, T1 p, T2 s) { primo = p; secondo = s; e come se l'invocazione del costruttore avesse la forma: new Coppia(String, Integer, "Prog 1", 30); dove si noti che gli ultimi due argomenti devono avere tipi rispettivamente uguali ai due tipi passati come primi due argomenti. Invece di tale sintassi "uniforme", i linguaggi Java, C#, ecc. usano (con alcune variazioni) la sintassi a parentesi angolari. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Tipi "crudi" (raw, pronuncia "ro"). Si può anche creare un oggetto di una classe parametrica senza passare argomenti-tipi. Il compilatore genera un warning, e sostituisce automaticamente ai parametri-tipi il tipo Object. Coppia coppia = new Coppia("Prog 1", 30); String s = coppia.primo(); primo(); Errore! Un valore di tipo "riferimento a Object" non può essere messo in una variabile di tipo String. Occorre fare un cast: String s = (String) coppia.primo(); Il tipo Coppia ottenuto dal tipo parametrico omettendo gli argomenti-tipi si dice che è un raw type. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez

2 I tipi raw: nota. I tipi crudi (raw) sono stati introdotti in Java per pure ragioni di retro-compatibilità. Il loro uso è fortemente sconsigliato. In future versioni di Java essi potrebbero scomparire. Metodi generici Per poter ottenere campi e metodi effettivi di una classe parametrica occorre che essi vengano "istanziati". Cioè il campo o metodo dipendente da un parametro-tipo della classe non può essere statico. All'interno di qualsiasi classe si possono tuttavia definire metodi sia statici che dinamici dipendenti direttamente da parametri-tipi. static <T1,T2> T2> void mymethod(t1 x, T2 y) { ; <T> T myinstancemethod(t x) { All'atto della chiamata non si deve passare al metodo alcun argomento-tipo: ciò viene fatto automaticamente dal compilatore/esecutore: mymethod("ada", Color.RED); 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez /11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Metodi generici in C# Si noti che invece C# adotta un approccio più uniforme (e quindi forse più chiaro): all'atto della chiamata gli argomenti-tipi devono essere sempre passati, sia che si tratti di un costruttore di una classe "generica", sia che si tratti di un metodo "generico". In C# si scriverebbe dunque: mymethod<string, Color>("Ada", Color.RED); i progettisti di Java hanno evidentemente pensato che è più comodo per il programmatore non dover scrivere l'informazione che il compilatore può ricavarsi da solo. Nota: esistono linguaggi in cui il programmatore non specifica (quasi) nessun tipo, e i tipi vengono inferiti (cioè ricavati) dal compilatore o dall'esecutore. Array generici (un aspetto delicato). Si possono usare, ma non creare, array generici. è perfettamente definibile un metodo che verifichi l'uguaglianza di due array (pieni) di oggetti di un tipo generico (non primitivo): public static <T> boolean uguali(t[] a, T[] b) { if(b.length!= n) return false; if(!a[i].equals(b[i])) return false; return true; 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez /11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Array generici (un aspetto delicato). Non si può invece definire un metodo che crea e restituisce un nuovo array uguale ad un array di elementi di un tipo generico : static <T> T[] copia(t[] a) { T[] nuovoarray = new T[n]; errore di compilazione! 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Array generici (continua) Si può scrivere: public static <T> Object[] copia(t[] a) { Object[] nuovoarray = new Object[n]; il metodo restituisce un array di Object, di scarsa utilità perché poi il cast da un array di Object ad un array di tipo più specifico fallisce a runtime: String[] ar = {"Ada", "Carlo", ; String[] arcopy = (String[]) copia(ar); A runtime: eccezione di cast! 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez

3 Array generici (continua) Se si cerca di inglobare il cast nel metodo: public static <T> T[] copiawrong(t[] a) { T[] nuovoarray = (T[]) new Object[n]; poiché, dopo il controllo del compilatore, il tipo T viene sostituito a runtime dal tipo Object, il metodo restituisce in realtà un array di Object, come la versione prec.; quindi: Object[] cop = copiawrong(new String[] {"qui", "quo"); si esegue correttamente; String[] cop = copiawrong(new String[] {"qui", "quo"); compila correttamente ma genera un'eccezione di ClassCast. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Array generici in Java (continua) Si noti che invece, sia in Java che in C#, i seguenti cast si compilano ed eseguono correttamente, perché l'array è stato generato come un array della classe più particolare. Object[] oa = new String[10]; String[] sa = (String[]) oa; Point[] pa = new ColorPoint[10]; ColorPoint[] cpa = (ColorPoint[]) pa; ecc. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Copia di un array In conclusione un metodo generico di copia di array si può definire solo facendogli restituire un array di Object, e allora è inutile che abbia un argomento di tipo generico; tanto vale usare sempre Object: public static Object[] copia(object[] a) { Object[] nuovoarray = new Object[n]; Array generici (continua) static <T> boolean uguali(t[] a, T[] b) { if(n!= b.length) return false; for(int i = 0; i < n; i++) if(!a[i].equals(b[i])) return false; return true; è invece corretto! Il tipo parametro effettivo da sostituire a T non può essere un tipo primitivo. Si può quindi scrivere: String[] ar1 = {"Ada","Leo",; String[] ar2 = System.out.println(uguali(ar1, ar2)); ma non si può scrivere: int[] ar1 = {11,22,33,; int[] ar2 = System.out.println(uguali(ar1, ar2)); 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez /11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Vincoli sui parametri-tipi Un parametro di tipo può essere sottoposto a vincoli: si può richiedere che il tipo sia una sottoclasse di una classe data o che implementi un'interfaccia data. Esempi: class CorsoSpeciale<S extends Studente> { class SearchTree<E extends Comparable<E>> { class ArrayUtil { public static <T extends Comparable<T>> void isort(t[] a) { Nota: nell'espressione dei vincoli su parametri-tipi si deve usare la parola extends sia per l'effettivo extends che per l'implements. Ad esempio, poiché Comparable<E> è un'interfaccia, il significato dei vincoli su E e su T qui sopra è in realtà implements. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Vincoli sui parametri-tipi Quando i parametri di tipo sono più d'uno, ognuno di essi può essere sottoposto a vincoli differenti, eventualmente uno dipendente dall'altro. public interface ObjectWithKey<K> { K getkey(); public class Bst<K extends Comparable<K>, E extends ObjectWithKey<K>> { La classe Bst (Binary Search Tree) è un albero di ricerca di elementi di tipo E, con il vincolo che E implementi l'interfaccia ObjectWithKey<K>, cioè Oggetto con chiave di tipo K, e che a sua volta K implementi l'interfaccia Comparable<K>, cioè gli oggetti di tipo K siano confrontabili fra di loro. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez

4 Tipi-intersezione nei vincoli L'unico punto della sintassi Java che permette di scrivere esplicitamente un tipo intersezione è proprio nell'esprimere i vincoli sui parametri-tipi. interface Reader { void readbook(); interface Writer { void writebook(); class CreativeSchool <T extends Reader & Writer > { void addstudent(t st) { La classe CreativeSchool dipende da un parametro-tipo che può essere un qualunque sottotipo del tipo-intersezione Reader & Writer, dove il simbolo "&" denota l'intersezione. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Java permette vincoli ancora più flessibili (non richiesto all'esame) public class BST<K extends Comparable<? super K>, E extends ObjectWithKey<K>> { La classe K delle chiavi deve possedere un metodo di confronto CompareTo, definito o nella classe stessa K, oppure in una superclasse (cioè classe-base) di K. Supponiamo che la classe IdStudente implementi l'interfaccia Comparable<IdStudente>, contenendo un metodo int compareto(idstudente altroidstud) Una classe IdLaureando, che sia derivata da IdStudente, soddisfa anch'essa al vincolo Java di cui sopra, perché eredita il metodo compareto dalla superclasse IdStudente. Non soddisfa invece al vincolo più forte nella slide precedente, a meno che IdLaureando implementi Comparable<IdLaureando> definendo anch'essa un proprio metodo compareto. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Java: alberi binari con classe Nodo interna. Classi parametriche e classi interne private class Node { E element; Node left, right; Node(E element, Node left, Node right) { this.element = element; this.left = left; this.right = right; private Node root; La classe interna Node, non essendo statica, può utilizzare il tipo parametro E della classe BinTree. 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez /11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Java: classi interne e metodi statici. I metodi statici della classe BinTree non possono utilizzare la classe interna Node. Il metodo: int height(node nd) { if(nd == null) return -1; else return 1 + max(height(nd.left),height(nd.right)); non può essere statico, poiché la classe Node, tipo del parametro nd, non è statica; esso deve quindi essere dichiarato (come metodo di istanza) nella classe BinTree. (inoltre una classe interna non statica non può contenere membri statici) 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Classi annidate statiche in Java private static class Node<E> { E element; Node<E> left, right; Node(E element, Node<E> left, Node<E> right) { this.element = element; this.left = left; this.right = right; La classe Node, essendo statica, non può utilizzare il tipo parametro E della classe BinTree. Deve perciò a sua volta prendere un argomento-tipo, che abbiamo di nuovo chiamato E, ma cui si sarebbe potuto dare un nome diverso (ad es. EN)! 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez

5 Classi annidate statiche in Java (fine) private static class Node<EN> { EN element; Node<EN> left, right; private Node<E> root; // public BinTree() { root = null; Tipi parametrici in C In C i tipi parametrici possono essere realizzati per mezzo del tipo puntatore a un tipo qualunque, che si indica (in modo piuttosto incongruo) come void* (puntatore a void). il file coda.h typedef struct CodaStruct * Coda; Coda nuovacoda(); int isempty(coda q); void accoda(coda q, void* e); void* primo(coda q); void* estraiprimo(coda q); 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez /11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Tipo astratto parametrico in C: implementazione. Nel file coda.c basta sostituire ovunque string con void*. #include "coda.h" struct CodaStruct { void** elementi; puntatore ad (array di) elementi di tipo void* ; Coda nuovacoda() { Coda q = (Coda) malloc(); q->elementi = (void**) malloc((sizeof(void*)) * ); return q; 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Tipo astratto parametrico in C: utilizzo. Il tipo Coda può ora essere utilizzato per costruire code di elementi di qualunque tipo. La sola differenza nell'utilizzo è che quando si estrae un elemento dalla coda occorre fare il cast esplicito al tipo dell'elemento. Coda unacoda = nuovacoda(); accoda(unacoda, "Paperino"); accoda(unacoda, "Qui"); char* s = (char*) estraiprimo(unacoda); unacoda = nuovacoda(); accoda(unacoda, unostudente); Studente st = (Studente) estraiprimo(unacoda); 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez Osservazione. Essendo il tipo dell'elemento definito come puntatore, una coda di elementi di un tipo semplice (int, double, ecc.) può essere realizzata solo allocando l'elemento sullo heap: ciò equivale a "impacchettare" il tipo semplice in un oggetto, come in Java un int in un Integer. int* newint(int n) { int* p1 = (int *) malloc(sizeof(int)); *p1 = n; return p1; accoda(unacoda, newint(3)); accoda(unacoda, newint(5)); int* p2 = (int*) estraiprimo(unacoda); 06/11/09 E. Giovannetti - AlgELab Lez