Java 汎用プログラミングの最も完全な概要

1 はじめに

Java 汎用プログラミングは、JDK1.5 バージョンの後に導入されました。ジェネリックを使用すると、プログラマは、多くの場合、コレクション内で型の抽象化を使用できます。以下はジェネリックスを使用しない例です:

List myIntList=new LinkedList(); //1  
myIntList.add(newInteger(0)); //2  
Integer x=(Integer)myIntList.iterator().next(); //3

コードの 3 行目に注目してください。ただし、これは非常に不快な点です。プログラマは、List に格納されているオブジェクトの型が Integer であることを知っている必要がありますが、 list 内の要素、または型をキャストする必要があります。これはなぜですか?その理由は、コンパイラがイテレータの next() メソッドが Object 型のオブジェクトを返すことのみを保証できるためです。 Integer 変数の型安全性を確保するには、強制的に変換する必要があります。

この種の変換は混乱を招くだけでなく、型変換例外 ClassCastException が発生する可能性もあり、多くの場合検出が困難です。リスト内の要素が特定のデータ型であることを確認して、型変換をキャンセルできるようにし、エラーの可能性を減らします。これはジェネリック設計の本来の目的でもあります。以下はジェネリックスの使用例です:

List<Integer> myIntList=newLinkedList<Integer>(); //1’  
myIntList.add(newInteger(0)); //2’  
Integerx=myIntList.iterator().next(); //3’

コードの最初の行で、List に格納されているオブジェクトの型が Integer であることを指定します。これにより、リスト内のオブジェクトを取得するときに型をキャストする必要がなくなります。

2 単純なジェネリックスを定義する

以下は、ジェネリック技術を使用する java.util パッケージのインターフェイス List および Iterator から引用した定義です。

public interface List<E> {  
<span style="white-space: pre;">    </span>void add(E x);  
<span style="white-space: pre;">    </span>Iterator<E> iterator();  
}  
public interface Iterator<E> {  
<span style="white-space: pre;">    </span>E next();  
<span style="white-space: pre;">    </span>boolean hasNext();  
}

これは、インターフェイスの後に山括弧が追加され、山括弧内に型パラメータがあることを除いて、ネイティブ型と変わりません (定義時には書式設定された型パラメータであり、特定の型に置き換えられます) type を呼び出すとき)。

List は、List 内の型パラメータ E が Integer に置き換えられることを意味すると思われるかもしれません。

public interface IntegerList {  
<span style="white-space: pre;">    </span>void add(Integer x)  
<span style="white-space: pre;">    </span>Iterator<Integer> iterator();  
}

型の消去とは、型パラメーターのマージを通じてジェネリック型のインスタンスを同じバイトコードに関連付けることを指します。コンパイラはジェネリック型に対して 1 つのバイトコードのみを生成し、そのインスタンスをこのバイトコードに関連付けます。そのため、ジェネリック型の静的変数はすべてのインスタンスで共有されます。さらに、クラスがインスタンス化されていないため、静的メソッドはジェネリック クラスの型パラメーターにアクセスできないため、静的メソッドでジェネリック機能を使用する必要がある場合は、ジェネリック メソッドにする必要があることに注意してください。型消去の鍵は、ジェネリック型から型パラメーターに関する情報を消去し、必要に応じて型チェックおよび型変換メソッドを追加することです。ジェネリックスを使用すると、具象型は消去され、オブジェクトを使用していることだけがわかります。例: List と List は実際には同じ型です。これらはすべて、ネイティブ タイプである List に消去されます。コンパイル中に型の消去が行われるため、同じジェネリック クラスのインスタンスによってメソッドを区別することはできません。たとえば、次の例では、型の消去後は両方のメソッドが List 型のパラメーターになるため、コンパイル中にエラーが発生します。ジェネリック クラスの型に基づいてメソッドを区別することはできません。

 public class Erasure{  
            public void test(List<String> ls){  
                System.out.println("Sting");  
            }  
            public void test(List<Integer> li){  
                System.out.println("Integer");  
            }  
  }

そこで問題が発生します。コンパイル中にメソッドやクラス内の実際の型情報が消去されるため、オブジェクトを返すときに特定の型をどのように知ることができるのでしょうか。たとえば、List の String 情報はコンパイル後に消去されます。では、List 内のオブジェクトが実行時にイテレータを通じて返されるとき、List に格納されているオブジェクトが String 型オブジェクトであることをどのように確認すればよいでしょうか。中 メソッド本体の型情報を削除するため、実行時の問題は境界です。つまり、オブジェクトがメソッドに出入りする場所であり、コンパイラが型チェックを実行して遷移コードを挿入する場所とまったく同じです。ジェネリックスのすべてのアクションは境界で発生します。追加のコンパイル時チェックが渡された値に対して実行され、渡された値に対してキャストが挿入されます。

3. ジェネリックとサブタイプ

ジェネリックを完全に理解するために、ここに例を示します: (Apple は Fruit のサブクラスです

)

List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>(); //1  
List<Fruit> fruits = apples; //2

第1行代码显然是对的，但是第2行是否对呢？我们知道Fruit fruit = new Apple()，这样肯定是对的，即苹果肯定是水果，但是第2行在编译的时候会出错。这会让人比较纳闷的是一个苹果是水果，为什么一箱苹果就不是一箱水果了呢？可以这样考虑，我们假定第2行代码没有问题，那么我们可以使用语句fruits.add(new Strawberry())（Strawberry为Fruit的子类）在fruits中加入草莓了，但是这样的话，一个List中装入了各种不同类型的子类水果，这显然是不可以的，因为我们在取出List中的水果对象时，就分不清楚到底该转型为苹果还是草莓了。

通常来说，如果Foo是Bar的子类型，G是一种带泛型的类型，则G不是G的子类型。这也许是泛型学习里面最让人容易混淆的一点。

4.通配符

4.1通配符？

先看一个打印集合中所有元素的代码。

void printCollection(Collection c) {                  
<span style="white-space: pre;">    </span>Iterator i=c.iterator();  
<span style="white-space: pre;">    </span>for (k=0;k < c.size();k++) {  
<span style="white-space: pre;">        </span>System.out.println(i.next());  
<span style="white-space: pre;">    </span>}  
}

void printCollection(Collection<Object> c) {  
for (Object e:c) {  
System.out.println(e);  
}  
}

很容易发现，使用泛型的版本只能接受元素类型为Object类型的集合如ArrayList