BJUG_1: Typy Generyczne, Kolekcje

1 BJUG_1: Typy Generyczne, KolekcjeWszystko co warto wied...
Author: Brygida Beck
0 downloads 4 Views

1 BJUG_1: Typy Generyczne, KolekcjeWszystko co warto wiedzieć… w pracy i na rozmowie kwalifikacyjnej

2 Agenda Typy Generyczne KolekcjeCzym są Typy Generyczne i dlaczego warto ich używać Zastosowanie Typów Generycznych WildCards – opis wykorzystania słów kluczowych extends\super przy deklaracji typów generycznych Procesu wymazywania typów - jak działa kompilator w Javie Implemenacja Pary przy wykorzystaniu Typów Generycznych Kolekcje Wstęp do JCF …Hash, hashCode Struktura frameworka Opis najważniejszych klas i funkcjonalności Collection VS Collections

3 Typy Generyczne - WprowadzenieKoncept programowania generycznego został nakreślony w 1988 roku przez Davida Mussera (programista C++) i Alexandra Stepanova (C++ designer) : “Generic programming is about abstracting and classifying algorithms and data structures. […] Its goal is the incremental construction of systematic catalogs of useful, efficient and abstract algorithms and data structures.”

4 Typy Generyczne - Czym są Typy Generyczne i dlaczego warto ich używaćJava jest językiem ściśle typowanym – do referencji o danym typie możemy przypisać jedynie obiekty tego typu, bądź typów pochodnych Generyki dostarczają dodatkową warstwę abstrakcji ponad standardowymi Typami Klasy, Interfejsy oraz Metody mogą być sparametryzowane przez dowolny typ Posłużmy się przykładem ArrayList’y: public class ArrayList ... Podczas inicjalizacji obiektu ArrayList za należy podstawić dowolony, konkretny typ List list = new ArrayList(); ( < 1.7) List list = new ArrayList<>(); (1.7) Dodatkowo, wykorzystanie Typów Generycznych podnosi czytelność kodu oraz ułatwia proces inżynierii wstecznej (gdy już przywyknie się do składni ) Umożliwia pisanie generycznych algorytmów 1.5 = 2004

5 Typy Generyczne – Największa zaletaProblem: Istnieje niesparametryzowana Kolekcja obiektów Kompilator nie jest w stanie odgadnąć typu obiektów Programista podczas pobierania obiektów z Kolekcji zmuszony jest dokonywać castowania Wyjątek ClassCastException może zostać zgłoszony w trakcie pracy programu (runtime exception) Rozwiązanie: wykorzystanie Typów Generycznych Określą typ obiektów w Kolekcji Kompilator dokona castowania Przykład: Kompilator sprawdzi czy programista nie próbuje dodać Integer’a do listy String’ów i zgłosi ewentualny błąd w czasie kompilacji

6 Typy Generyczne - WildcardsPrzypuśćmy, że chcemy napisać metodę która wypisze wszystkie elementy z Kolekcji, przykładowy kod w wersjach Javy < 1.5 mógłby wyglądać: public static void printCollection(Collection collection) { Iterator iterator = collection.iterator(); for (int i = 0; i < collection.size(); i++) { System.out.println(iterator.next()); }

7 Typy Generyczne - WildcardsZastosowanie Typów Generycznych – podejście pierwsze public static void printCollection(Collection collection) { for (Object o : collection) { System.out.println(o); } Wykorzystanie metody: public static void main(String[] args) { Collection cs = new Vector(); printCollection(cs); // Błąd kompilacji List li = new ArrayList(10); printCollection(li); // Błąd kompilacji

8 Typy Generyczne - WildcardsZastosowanie Typów Generycznych – podejście drugie public static void printCollection(Collection c) { for (Object o : c) { System.out.println(o); // Brak błędu, ale zabronione jest dodawanie obiektów } Wykorzystanie metody: public static void main(String[] args) { Collection cs = new Vector(); printCollection(cs); // Brak błędu List li = new ArrayList(10); printCollection(li); // Brak błędu Co zrobić w przypadku gdy zależy nam na dodawaniu obiektów do Kolekcji?: public static void printCollection(Collection c)

9 Typy Generyczne – Wymazywanie typówTypy Generyczne wykorzystują proces wymazywania Parametry typów są usuwane z klas w procesie kompilacji Proces ten został wymuszony przez chęć zachowania wstecznej kompatybilności z wersjami Javy < 1.5 Po usunięciu zapisu generycznego na jego miejsce kompilator wstawia castowanie

10 Typy Generyczne – Wymazywanie typówclass Pi { double pi; @GoRMI Object getPi() { return field; } @Override public String toString(){ return „” + pi; Parser Annotation Checker Plugins Class File Writer Type Error Source File Program with annotations

11 Typy Generyczne – Przykład zastosowaniapublic class Pair { private A elementA; private B elementB; public Pair(A elementA, B elementB) { this.elementA = elementA; this.elementB = elementB; } public A getElementA() { return elementA; public void setElementA(A elementA) { public B getElementB() { return elementB; public void setElementB(B elementB) {

12 Typy Generyczne – Kiedy używać?Wtedy gdy potrzebujemy zapewnić bezpieczeństwo na operacjach typów i uniknąć castowania – czyli zawsze Podczas implementacji generycznych algorytmów, klas typu Utilities

13 Kolekcje – Wstęp do JCF API Javy dostarcza gotowe implementacje najczęściej używanych w programowaniu struktur danych Struktury te w nomenklaturze Javy nazywamy Kolekcjami Rozumiemy je zaś jako Obiekty przechowywujące inne Obiekty Java Collections Framework pozwala więc reprezentować i manipulować w różnorodny sposób grupami obiektów Framework składa się z Interfejsów oraz implementujących je Klas

14 Kolekcje – …Hash, hashCode, equalsZnajomość działania metod equals oraz hashCode jest potrzebna do zrozumienia dziania niektórych kolekcji W Javie metody equals oraz hashCode dziedziczone są z klasy object Sygnatury metod to: public boolean equals(Object obj) public int hashCode() Metoda equals sprawdza czy obiekty są takie same (co sprawdza == ?) – odpowiedź na pytanie czy obiekty są takie same należy do implementującego metodę Dodatkowo aby poprawnie zaimplementować equals , należy przestrzegać kontraktu. Jego warunki mowią że relacja wyznaczona metodą equals musi być: Zwrotna Symetryczna Przechodnia Wywołanie metody equals z argumentem null musi zwrócić false

15 Kolekcje – …Hash, hashCode, equalsKontrakt metody hashCode: Każdorazowe uruchomienie metody hashCode na danych obiektach musi zwracać te same wartości Jeśli dwa obiekty są takie same (equals zwraca true), muszą mieć taką samą wartość zwracaną przez metodę hashCode Equals i hashCode w kolekcjach:

16 Kolekcje – Interfejsy Set SortedSet Iterable Collection NavigableSetQueue List Deque Map SortedMap Dlaczego mapy nie implementują kolekcji? NavigableMap

17 Kolekcje – Mapy – Metodyvoid clear() boolean containsKey(Object key) Set> entrySet() V get(Object key) V put(K key, V value) V remove(Object key) int size() Set keySet() Map SortedMap NavigableMap K firstKey() K lastKey() SortedMap headMap(K toKey) SortedMap tailMap(K fromKey) SortedMap subMap(K fromKey, K toKey)

18 Kolekcje – Interfejsy Set SortedSet Iterable Collection NavigableSetIterator iterator() boolean add(E e) boolean remove(Object o) Object[] toArray() Set SortedSet Iterable Collection NavigableSet Queue List Deque Dlaczego mapy nie implementują kolekcji?

19 Kolekcje – Interfejsy Set SortedSet Iterable Collection NavigableSetQueue List Deque Dlaczego mapy nie implementują kolekcji? void add(int index, E element) List subList(int fromIndex, int toIndex)

20 Kolekcje – Interfejsy Set SortedSet Iterable Collection NavigableSetQueue List Deque E ceiling(E e) E floor(E e) NavigableSet tailSet(E fromElement, boolean inclusive) NavigableSet headSet(E toElement, boolean inclusive) E first() E last() SortedSet headSet(E toElement) SortedSet subSet(E fromElement, E toElement) SortedSet tailSet(E fromElement)

21 Kolekcje – Interfejsy Set SortedSet Iterable Collection NavigableSetQueue List Deque boolean offer(E e) E poll() E peek() E getFirst() E getLast() E peekFirst() E peekLast()

22 Kolekcje - ArrayList Tablica o zmiennym rozmiarze, ulegająca automatycznemu powiększeniu lub zmniejszeniu podczas dodawania i usuwania obiektów Wewnątrz klasy rolę kontenera na obiekty pełni tablica obiektów ArrayList’a zastąpiła klasę Vector – różnica – metody klasy Vector są zsynchronizawane Można dodawać null

23 Kolekcje – ArrayList – podstawowe operacje//inicjalizacja List stringList = new ArrayList(); //dodawanie elementów stringList.add("Element One"); stringList.add(null); //pobieranie elementów String a = stringList.get(0); //usuwanie stringList.remove(0); //iteracja pętlą for each for (String s : stringList) { System.out.println(s); }

24 Kolekcje – ArrayList VS LinkedListLinkedList jest kolejną implementacją interfejsu List, opartą o dostęp wiązany (previous, next) ArrayList LinkedList szybszy dostęp do poszczególnych elementów (indeksy) szybsze operacje dodawania i usuwania Aby dodać element wykonywana jest operacja tworzenia nowej tablicy Aby dodać element wystarczy odpowiednio ustawić referencje

25 Kolekcje – HashSet, TreeSetKlasy obiektów umieszczanych w HashSet’cie muszą implementować metody equals oraz hashCode Dostęp do obiektów przyśpieszony dzięki funkcji haszującej Obiekty w HashSet’cie są unikalne – duplikaty nie będą dodawane do kolekcji Może przyjąć null’a Obiekty w omawianej kolekcji nie są indeksowane, niemożliwy więc jest dostęp numeryczny Obiekty dodawane do TreeSet’u muszą implementować Comparable\Comparator Obiekty w TreeSet’cie są sortowane (porządek naturalny - Comparable)

26 Kolekcje – HashSet, TreeSet – podstawowe operacje//inicjalizacja Set stringSet = new HashSet(); //dodawanie elementów String element = "Element One"; stringSet.add(element); stringSet.add(null); //sprawdzanie zawierania obiektów boolean isElement = stringSet.contains(element); //usuwanie stringSet.remove(element); //iteracja pętlą for each for (String s : stringSet) { System.out.println(s); }

27 Kolekcje – HashMap, TreeMapSłużą przechowywaniu obiektów w parach klucz – wartość Analogicznie jak w przypadku HashSet’u obiekty dodawane do HashMap’y jako klucze muszą mieć poprawnie zaimplementowane metody equals oraz hashCode Dostęp do obiektów przechowywanych kolekcji uzyskuje się poprzez wartość klucza Klucz musi pozostać unikalny dla obiektu kolekcji Dozwolone jest dodawanie null’a jako klucz oraz wartość Klasy obiektów dodawanych do TreeMap’y muszą implementować Comparable lub Comparator Obiekty w TreeMap’ie posortowane są po kluczach (porządek naturalny - Comparable)

28 Kolekcje – HashMap, TreeMap – podstawowe operacje//inicjalizacja Map map = new HashMap(); //dodawanie elementów map.put(1, "One"); map.put(null, null); //pobieranie elementów String value = map.get(1); //usuwanie String removedvalue = map.remove(1); //iteracja pętlą for each for (Integer i : map.keySet()) { System.out.println(map.get(i)); } Java 1.7 możliwa jest szybsza inicjalizacja

29 Kolekcje – PriorityQueueElementy dodawane do PriorityQueue są sortowane w porządku naturalnym Nie można dodać null’a Pierwszym elementem w kolejce jest zawsze „najmniejszy” obiekt zgodnie z przyjętym porządkiem sortowania Dozwolone dodawanie obiektów o tej samej wartości Metoda poll zwraca i usuwa pierwszy obiekt w kolejce Metoda peek zwraca lecz nie usuwa pierwszy obiekt w kolejce Jeśli kolejka jest pusta zostanie zwrócony null Do dodawania obiektów do kolejki służy metoda offer

30 Kolekcje – PriorityQueue – podstawowe operacjePriorityQueue a = new PriorityQueue<>(); // inicjalizacja PriorityQueue queue = new PriorityQueue<>(); // dodawanie elementów queue.offer(1); queue.offer(2); // pobieranie pierwszego elementu bez usuwania int peek = queue.peek(); // pobieranie pierwszego elementu z usuwaniem int poll = queue.poll(); // iteracja pętlą for each for (Integer i : queue) { System.out.println(i); }

31 Kolekcje – Collection VS CollectionsPoza Kolekcjami Java udostępnia także klasę Collections, która jest zbiorem statycznych metod zawierających implementacje najczęściej wykorzystywanych operacji algorytmicznych Najważniejsze z metod dostępnych w klasie Collections to: public static > void sort(List list) public static  void sort(List list, Comparator c) public static void reverse(List list) public static > T min(Collection< ? extends T> coll) public static > T max(Collection< ? extends T> coll)

32