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PROGRAMMAZIONE213.JavaGenerics

JavaInterfaceeastrazione

interface ListOfNumbers { boolean add(Number elt); Number get(int index); } interface ListOfIntegers { boolean add(Integer elt); Integer get(int index); } …eListOfStringse…//Necessarioastrarresui,piinterface List<E> { boolean add(E n); E get(int index); }

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Usiamoi,pi!!! List<Integer> List<Number> List<String> List<List<String>> …

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Parametrieparametridi;po

interface ListOfIntegers { boolean add(Integer elt); Integer get(int index); } interface List<E> { boolean add(E elt); E get(int index); }

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•  Dichiarazionedelparametroformale

•  Istanziatoconunaespressionechehail;porichiesto(lst.add(7))

•  Tipodiadd:Integer→boolean

•  Dichiarazionediunparametrodi;po•  Istanziabileconunqualunque;po

•  List<String>,etc.

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Variabilidi;po

class NewSet<T> implements Set<T> { // rep invariant: // non-null, contains no duplicates // ... List<T> theRep; T lastItemInserted; ... }

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Dichiarazione

Use U;lizzo

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Dichiarareclassigeneriche

class Name<TypeVar1, …, TypeVarN> {…} interface Name<TypeVar1, …, TypeVarN> {…}

o  convenzionistandardTperType,EperElement,KperKey,VperValue,…

Istanziareunaclassegenericasignificafornireunvaloredi;po Name<Type1, …, TypeN>

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Istanziare;pi

boolean add1(Object elt); boolean add2(Number elt); add1(new Date( )); // OK add2(new Date( )); // compile-time error

interface List1<E extends Object> {…} interface List2<E extends Number> {…}

List1<Date> // OK, Date è un sottotipo di Object

List2<Date> // compile-time error, Date non è // sottotipo di Number

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Limitesuperioregerarchia

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VisioneeffeOvadeigenerici

class Name<TypeVar1 extends Type1, …, TypeVarN extends TypeN> {…}

o  (analogoperleinterfacce)o  (intuizione:Objectèillimitesuperioredidefaultnellagerarchiadei;pi)

Istanziazioneiden;ca Name<Type1, …, TypeN>

• Macompile-,meerrorseil;pononèunsoSo-;podellimitesuperioredellagerarchia

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Usiamolevariabilidi;po

SipossonoeffeSuaretuSeleoperazionicompa;biliconillimitesuperioredellagerarchia

–  conceSualmentequestocorrispondeaforzareunapre-condizionesullaistanziazionedel;po

class List1<E extends Object> { void m(E arg) { arg.asInt( ); // compiler error, E potrebbe

// non avere l’operazione asInt } }

class List2<E extends Number> { void m(E arg) { arg.asInt( ); // OK, Number e tutti i suoi // sotto-tipi supportano asInt } }

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Vincolidi;po

<TypeVar extends SuperType> o  upperbound:vabeneilsuper-;poounodeisuoisoSo-;pi

<TypeVar extends ClA & InterB & InterB & ... > o  mul,pleupperbounds

<TypeVar super SubType> o  lowerbound:vabeneilsoSo-;poounoqualunquedeisuoisuper-;pi

Esempio// strutture di ordine su alberi public class TreeSet<T extends Comparable<T>> { ... }

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Esempiodimetodiausiliari

class Utils { static double sumList(List<Number> lst) { double result = 0.0; for (Number n : lst) result += n.doubleValue( ); return result; } static Number choose(List<Number> lst) { int i = ... // numero random < lst.size return lst.get(i); }}

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Soluzioneefficace

class Utils { static <T extends Number> double sumList(List<T> lst) { double result = 0.0; for (Number n : lst) // T also works result += n.doubleValue(); return result; }

static <T> T choose(List<T> lst) { int i = … // random number < lst.size return lst.get(i); }}

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Dichiararenellafirmaivincolisui;pi

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Metodigenerici

•  Metodichepossonousarei;pigenericidelleclassi

•  Possonodichiarareancheiloro;pigenerici

•  Leinvocazionidimetodigenericidevonoobbligatoriamenteistanziareiparametridi;poo  sta;camente:unaformadiinferenzadi;po

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Esempiodi;poistanziatodallaclasse

public class InsertionSort<T extends Comparable<T>> { public void sort(T[ ] x) {

T tmp; for (int i = 1; i < x.length; i++) {

// invariant: x[0],...,x[i-1] sorted tmp = x[i]; int j;

for (j = i; j > 0 && x[j-1].compareTo(tmp) > 0; j--)

x[j] = x[j-1]; x[j] = tmp; } } }

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IgenericielanozionedisoSo-;po

•  IntegerèunsoSo-;podiNumber

•  List<Integer>èunsoSo-;podiList<Number>?

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Number

Integer

List<Number>

List<Integer>?

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QualisonoleregolediJava?

AncheseType2èunsoSo-;podiType3,seidue;pisonodiversialloraType1<Type2>nonèunsoSo-;podiType1<Type3>Formalmente:lanozionedisoSo-;pousatainJavaèinvarianteperleclassigeneriche

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Esempi(daJava)

•  TipiesoSo-;pio  IntegerèunsoSo;podiNumbero  ArrayList<E>èunsoSo-;podiList<E>o  List<E>èunsoSo-;podiCollec;on<E>

•  Mao  List<Integer>nonèunsoSo-;podiList<Number>

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List<Number>eList<Integer>

interface List<T> { boolean add(T elt); T get(int index); } typeList<Number>has boolean add(Number elt); Number get(int index); typeList<Integer>has boolean add(Integer elt); Integer get(int index); List<Number>nonèunsuper-;podiList<Integer>

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Number

Integer

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Unadiscussione(percapirelaricercanelseSore)

interface List<T> { T get(int index); } typeList<Number>has Number get(int index); typeList<Integer>has Integer get(int index); LanozionedisoSo-;pocovariantesarebbecorreSa

o  List<Integer>soSo-;podiList<Number>

SfortunatamenteJavanonadoSaquestasoluzione

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Number

Integer

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Alloraparliamoanchedicontravarianza

interface List<T> { boolean add(T elt); } typeList<Number>has boolean add(Number elt); typeList<Integer>has boolean add(Integer elt); LanozionedisoSo-;pocontravariantesarebbealtreSantocorreSa

o  List<Number>èsoSo-;podiList<Integer>

MaJava...

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Number

Integer

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AltriaspeO

•  List<Integer>eList<Number>nonsonocorrela;dallanozionedisoSo-;po

•  TuSavia,sulprimoargomentolanozionedisoSo-;posuigenericifunzionacomeunoseloaspeSaancheinJava

•  Esempio:assumiamocheLargeBagextendsBag,allorao  LargeBag<Integer>èunsoSo-;podiBag<Integer> o  LargeBag<Number>èunsoSo-;podiBag<Number> o  LargeBag<String>èunsoSo-;podiBag<String> o  …

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addAll

interface Set<E> {// Aggiunge a this tutti gli elementi di c

// (che non appartengono a this) void addAll(??? c);}

Qualeèilmiglior;poperilparametroformale?o  Ilpiùampiopossibile…o …chepermeSediavereimplementazionicorreSe

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che non appartengono a this) void addAll(??? c);}

Unaprimasceltaèvoid addAll(Set<E> c); TropporestriOvo

o  unparametroaSualedi;poList<E>nonsarebbepermesso,eciòèspiacevole…

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che non appartengono a this) void addAll(??? c);}

Secondotenta;vo: void addAll(Collection<E> c);

TropporestriOvoo  ilparametroaSualedi;poList<Integer>perSet<Number>

nonvabeneancheseaddAllhasolobisognodileggeredacenondimodificarlo!!!

o  questaèlaprincipalelimitazionedellanozionediinvarianzaperigenericiinJava

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addAll

interface Set<E> { // Aggiunge a this tutti gli elementi di c // (che non appartengono a this) void addAll(??? c);}

Proviamoancora <T extends E> void addAll(Collection<T> c);

Ideabuona:unparametrogenericomavincolatoo  possoavereunparametroaSualedi;poList<Integer>perSet<Number>

o  addAllnonpuòvederenell’implementazioneil;poT,sasolocheèunsoSo-;podiE,enonpuòmodificarelacollec;onc

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Altroesempio

<T> void copyTo(List<T> dst, List<T> src) { for (T t : src) dst.add(t); }

Lasoluzionevabene,maancorameglio <T1, T2 extends T1> void copyTo(List<T1> dst, List<T2> src) { for (T2 t : src) dst.add(t); }

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Wildcard

Sintassidellewildcardo  ? extends Type,soSo-;pononspecificatodel;poType o  ?notazionesemplificataper? extends Object o  ? super Type,super-;pononspecificatodel;poType

wildcard=unavariabiledi;poanonimao  ?;pononconosciutoo  siusanolewildcardquandosiusaun;poesaSamenteunavoltama

nonsiconosceilnomeo  l’unicacosachesisaèl’unicitàdel;po

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Esempi

interface Set<E> { void addAll(Collection<? extends E> c); }

o maggiormenteflessibilerispeSoavoid addAll(Collection<E> c);

o  espressivacome <T extends E> void addAll(Collection<T> c);

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ProducerExtends,ConsumerSuper

Quandosiusanolewildcard?o  siusa? extends TneicasiincuisivoglionooSeneredeivalori(da

unproduSoredivalori)o  siusa? super Tneicasiincuisivoglionoinserirevalori(inun

consumatore)o  nonvannousate(bastaT)quandosioSengonoesiproduconovalori

<T> void copy(List<? super T> dst, List<? extends T> src);

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?vsObject

?Tipopar;colareanonimovoid printAll(List<?> lst) {…}

QualedifferenzatraList<?>eList<Object>?o possiamoistanziare?conun;poqualunque:Object,String,…o  List<Object>èpiùrestriOvo:List<String>nonvabene

QualedifferenzatraList<Foo>eList<? extends Foo>?o nelsecondocasoil;poanonimoèunsoSo-;posconosciutodiFoo

List<? extends Animal> puòmemorizzareGiraffemanonancheZebre

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Rawtypes

•  Conrawtypesiindicaunaclasse/interfacciasenzanessunargomentodi;po(legacycode)

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Vector<Integer> intVec = new Vector<Integer>(); Vector rawVec = new Vector(); // OK

Vector<String> stringVec = new Vector<String>(); Vector rawVec = stringVec; // OK

Vector rawVec = new Vector(); // rawVector is a raw type of Vector<T>

Vector<Integer> intVector = rawVector; // warning: unchecked conversion

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Inferenzadi;po

•  Inferenza:capacitàdicontrollareuna invocazionedimetodoeladichiarazionedimetodoassociataalfinedideterminareil;po più specifico, in accordo ai vincoli di ;po presen;, cherendeilmetodoeffeOvamenteinvocabile

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class MyClass<S> { <T> MyClass(T t) { ... } }

new MyClass<Integer>("")

MyClass<Integer> myObject = new MyClass<>("")

diamondnota;on

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Ancoral’inferenzadi;po

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static <T> List<T> emptyList();

List<String> listOne = Collections.<String>emptyList(); List<String> listOne = Collections.emptyList();

void processStringList(List<String> stringList) { ... }

processStringList(Collections.<String>emptyList());

processStringList(Collections.emptyList());

metodoinCollec;ons

obbligatorioinJava7Java8inferiscedal;podelparametro

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Javaarray

SappiamobenecomeoperarecongliarrayinJava…Vero?Analizziamoquestaclasse

class Array<T> { public T get(int i) { … "op" … } public T set(T newVal, int i) { … "op" … }} Domanda:seType1èunsoSo-;podiType2,cherelazioneesistetraType1[]eType2[]??

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Sorpresa!

•  SappiamocheperigenericilanozionedisoSo;poèinvariante,pertantoancheseType1èunsoSo-;podiType2,i;piType1[]eType2[]nondovrebberoesserecorrela;

•  MaJavahadellepeculiarità:seType1èunsoSo-;podiType2,alloraType1[]èunsoSo-;podiType2[]–  Java(eC#)hafaSoquestasceltaprimadell’introduzionedeigenerici–  cambiarlaoraèunpo’troppoinvasivoperipigriprogrammatoriJava

(commentoobbligatoperchifaricercasuiprincipideilinguaggidiprogrammazione)

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Cisonoanchecose“buone”

Gliinglesidicono:“Programmersdookaystuff”void maybeSwap(LibraryHolding[ ] arr) { if(arr[17].dueDate( ) < arr[34].dueDate( )) // … swap arr[17] and arr[34] } // cliente Book[ ] books = …; maybeSwap(books); // usa la covarianza degli array

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LibraryHolding

Book CD

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Mapuòandaremale

void replace17(LibraryHolding[ ] arr, LibraryHolding h) { arr[17] = h; }

// il solito cliente Book[] books = …; LibraryHolding theWall = new CD("Pink Floyd", "The Wall", … ); replace17(books, theWall); Book b = books[17]; // contiene un CD b.getChapters( ); // problema!!

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LibraryHolding

Book CD

LesceltediJava

•  Il;podinamicoèunsoSo-;podiquellosta;coo  violatonelcasodiBook b

•  LasceltadiJavao  ogniarray“conosce”ilsuo;podinamico(Book[ ])o  modificare(arun-;me)conunsuper-;podeterminaArrayStoreException

•  pertantoreplace17sollevaunaeccezioneo  EveryJavaarray-updateincludesrun-,mecheck

! (dallaspecificadellaJVM)o  Morale:fateaSenzioneagliarrayinJava

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Toogoodtobetrue:typeerasure

TuOi;pigenericisonotrasforma;inObjectnelprocessodicompilazione

o  mo;vo:backward-compa;bilityconilcodicevecchioo  morale:arun-;me,tuSeleistanziazionigenerichehannolostesso;poList<String> lst1 = new ArrayList<String>( ); List<Integer> lst2 = new ArrayList<Integer>( ); lst1.getClass( ) == lst2.getClass( ) // true

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Genericiecas;ng

List<?> lg = new ArrayList<String>( ); // ok List<String> ls = (List<String>) lg; // warning

Dalladoc.Java:“Compilergivesanuncheckedwarning,sincethisissomethingtherun-;mesystemwillnotcheckforyou”Problema public static <T> T badCast(T t, Object o){

return (T) o; // unchecked warning }

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equals

class Node<E> { ... @Override public boolean equals(Object obj) { if (!(obj instanceof Node<E>)) return false; Node<E> n = (Node<E>) obj; return this.data( ).equals(n.data( )); } ... }

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Erasure:il;podell’argomentononesistearun-;me

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equals

class Node<E> { ... @Override public boolean equals(Object obj) { if (!(obj instanceof Node<?>)) return false; Node<E> n = (Node<E>) obj; return this.data( ).equals(n.data( )); } ... }

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Erasure:arun-;menonsisacosasiaE

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Tips(dastackoverflow)

•  Startbywri;ngaconcreteinstan;a;ono  getitcorrect(tes;ng,reasoning,etc.)o  considerwri;ngasecondconcreteversion

•  Generalizeitbyaddingtypeparameterso  thinkaboutwhichtypesarethesameordifferento  thecompilerwillhelpyoufinderrors

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JavaGenerics(JG)

•  Ilcompilatoreverifical’u;lizzocorreSodeigenerici

•  Iparametridi;posonoelimina;nelprocessodicompilazioneeil“classfile”risultantedallacompilazioneèunnormaleclassfilesenzapoliformismoparametrico

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Esempio

class Vector<T> { T[] v; int sz; Vector() { v = new T[15]; sz = 0; } <U implements Comparer<T>> void sort(U c) { … c.compare(v[i], v[j]); … } } … Vector<Button> v; v.addElement(new Button()); Button b = v.elementAt(0);

class Vector { Object[] v; int sz; Vector() { v = new Object[15]; sz = 0; } void sort(Comparer c) { … c.compare(v[i], v[j]); … } } … Vector v; v.addElement(new Button()); Button b =

(Button)v.elementAt(0);

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Considerazioni

•  JGaiutanoamigliorareilpolimorfismodellasoluzione

•  Limiteprincipale:il;poeffeOvoèpersoarun-;meacausadellatypeerasure

•  TuSeleistanziazionisonoiden;ficate•  EsistonoaltreimplementazionideigenericiperJava

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AltrigenericiperJava

JG/PizzaBracha,Odersky,

Stoutamire,Wadler

NextGenCartwright,

Steele

PolyJBank,Liskov,

Myers

Agesen,Freund,Mitchell

GenericCLRKennedy,Syme

Parameterizedtypes!

+bounds!

+bounds!

+constraints!

+bounds!

+bounds

Polymorphicmethods ! ! " " !

Typecheckingatpointofdefini;on ! ! ! " !Non-referenceinstan;a;ons " " ! ! !

Exactrun-;metypes" ! ? ! !

Polymorphicvirtualmethods " ! " " !

Typeparametervariance " ! " " "

System

Feature