Занятие №3

Обобщения и коллекции

Михаил

Павлов

Что вы узнаете сегодня

1) Обобщения (generics):

Для чего нужны
Как с ними работать

2) Коллекции:

ArrayList и LinkedList
HashMap
HashSet

3) Что такое raw types и wildcard

Представим, что мы хотим выводить в консоль объекты разных типов одинаково

class CommonIntegerWriter { 
    private Integer val; 
 
    public CommonIntegerWriter(Integer arg) { 
        val = arg; 
    } 
 
    public String toString() { 
        return "{" + val + "}"; 
    } 
 
    public Integer getValue() { 
        return val; 
    }
}

Класс для вывода в строку

(с использованием определенного типа)

class CommonBooleanWriter { 
    private Boolean val; 
 
    public CommonBooleanWriter(Boolean arg) { 
        val = arg; 
    } 
 
    public String toString() { 
        return "{" + val + "}"; 
    } 
 
    public Boolean getValue() { 
        return val; 
    }
}

class CommonBigDecimalWriter { 
    private BigDecimal val; 
 
    public CommonBigDecimalWriter(BigDecimal arg) { 
        val = arg; 
    } 
 
    public String toString() { 
        return "{" + val + "}"; 
    } 
 
    public BigDecimal getValue() { 
        return val; 
    }
}

Недостатки

Много однотипного кода

На прошлой лекции вы узнали, что для реализации общего поведения используется наследование

Адам Object - общий родительский элемент для всех объектов в Java

Основные методы класса Object

Метод	Описание
	Позволяет сравнивать 2 объекта
	Возвращает тип (класс) экземпляра объекта
	Возвращает хэш-код, используемый для поиска в коллекциях
	Позволяет преобразовывать объект в строку

boolean equals( Object o );

Class getClass();

int hashCode();

String toString();

class CommonWriter { 
    private Object val; 
 
    public CommonWriter(Object arg) { 
        val = arg; 
    } 
 
    public String toString() { 
        return "{" + val + "}"; 
    } 
 
    public Object getValue() { 
        return val; 
    }
}

Класс для вывода в строку

(с использованием Object)

Пример использования

public class Test { 
    public static void main(String[] args) { 
        CommonWriter value1 = new CommonWriter(new Integer(10)); 
        System.out.println(value1); 
        Integer intValue1 = (Integer) value1.getValue(); 

        CommonWriter value2 = new CommonWriter("Hello world"); 
        System.out.println(value2); 
        Integer intValue2 = (Integer) value2.getValue(); 
    } 
}

Ошибка приведения типа в рантайме

Недостатки

Ошибка проявляется в момент вызова

Преимущества

Кода ощутимо меньше

Нам помогут обобщения

Как сделать лучше?

Что такое обобщения (generics)

Обобщения - это параметризированные типы

С их помощью можно объявлять классы, интерфейсы и методы, где тип данных указан в виде параметра

Синтаксис

class CommonWriter<T> {
    private T val; 
 
    public CommonWriter(T arg) { 
        val = arg; 
    } 
 
    public String toString() { 
        return "{" + val + "}"; 
    } 
 
    public T getValue() { 
        return val; 
    } 
}

 CommonWriter<String> value2 = new CommonWriter<String>("Hello world");

Обобщения

public class Test { 
    public static void main(String[] args) { 
        CommonWriter<Integer> value1 = new CommonWriter<Integer>(new Integer(10)); 
        System.out.println(value1); 
        Integer intValue1 = value1.getValue(); 

        CommonWriter<String> value2 = new CommonWriter<String>("Hello world"); 
        System.out.println(value2); 
        Integer intValue2 = value2.getValue(); 
    } 
}

Пример использования

Теперь ошибка в момент компиляции

Преимущества обобщений

Компилятор может поймать больше проблем с приведением типов
Меньше дублирования кода

Синтаксис

 CommonWriter<String> value2 = new CommonWriter<String>("Hello world");

 CommonWriter<String> value2 = new CommonWriter<>("Hello world");

Алмазный синтаксис:

Обычный синтаксис:

Несколько обобщений в одном классе

public interface Pair<K, V> {
    public K getKey();
    public V getValue();
}

public class OrderedPair<K, V> implements Pair<K, V> {
    private K key;
    private V value;
    public OrderedPair(K key, V value) {
	this.key = key;
	this.value = value;
    }

    public K getKey()	{ return key; }
    public V getValue() { return value; }
}

Pair<String, Integer> p1 = new OrderedPair<>("Even", 8);
Pair<String, String>  p2 = new OrderedPair<>("hello", "world");

Слишком широкие обобщения - плохо

Как выделить нужное?

Нужны ограничения - используем наследование

Ограниченные обобщения

abstract class Animal {
    public void move() {};
}

class Cat extends Animal {
    public void move() { System.out.println("RUN");}
}

class Eagle extends Animal {
    public void move() { System.out.println("FLY");}
}

public <T extends Animal> void inDanger(T animal) {
    animal.move();
}

Компилятор и обобщения

Компилятор

Кармансы

"Что же у него там,

в его кармансах?"

Стирание типов

Изначально

После

Компиляция

Обобщенный тип

Нет типа

* При подготовке этой презентации ни один кролик не пострадал

До компиляции:

public static <E> boolean containsElement(E [] elements, E element){
    for (E e : elements){
        if(e.equals(element)){
            return true;
        }
    }
    return false;
}

После компиляции:

public static boolean containsElement(Object [] elements, Object element){
    for (Object e : elements){
        if(e.equals(element)){
            return true;
        }
    }
    return false;
}

В рантайме нельзя получить тип, он есть только до компиляции
Обобщения заменены на Object или родительские классы, если использовано наследование

Итого

Условия работы с обобщениями

Нельзя работать с примитивами (но есть врапперы)
Нельзя создать экземпляр обобщения
Нельзя задавать обобщения для статических полей (и нельзя перегружать)
Нельзя использовать instanceof
Нельзя имплементировать несколько одинаковых параметризированных интерфейсов (ссылка на пример)

Что вы узнаете сегодня

1) Обобщения (generics):

Для чего нужны
Как с ними работать

2) Коллекции:

ArrayList и LinkedList
HashMap
HashSet

3) Что такое raw types и wildcard

Коллекции

Зачем нужны коллекции?

Коллекции облегчают работу со множествами (объектов)

* В Java есть много встроенных коллекций для разных ситуаций

Фичи встроенных коллекций

Благодаря коллекциям можно работать с любыми наследниками Object
Автоматическая подстройка размера под количество элементов, в отличие от массивов
Они подходят для самых разных задач:
- сортировка
- быстрый поиск
- уникальность
- и т.д.

Схема

наследования коллекций

(полиморфизм в действии)

Разберем несколько

встроенных коллекций:

ArrayList и LinkedList (интерфейс List)
HashMap (интерфейс Map)
HashSet (интерфейс Set)

ArrayList и LinkedList

Оба реализуют интерфейс List

Что это дает:

Вставка в определенное место списка
Хранение дубликатов
Специальный итератор по списку
Получение элемента по индексу
Поиск индекса объекта в списке

ArrayList vs LinkedList

Каждый элемент списка знает 2 своих соседей (Node)

Для хранения используются динамические массивы

ArrayList

LinkedList

Потребляет меньше памяти
Более быстрый доступ к элементам

Быстрее добавление и удаление элементов
Медленнее поиск

* Подробнее про разницу тут и тут

Пример с ArrayList и интерфейсом List

import java.util.*;

public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) { 
        List<Integer> list1 = Arrays.asList(1,2,3);
	
        List<String> list2 = new ArrayList();
        list2.add("Hello");
        list2.add("world");
    }
}

HashMap

Объекты хранятся парами: Ключ - Значение
Ключ уникален
Значение не уникально
Быстрый поиск по ключу

(метод hashCode у Object)

Key Value

Реализует интерфейс Map

Пример с HashMap

import java.util.*; 

public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) { 
        HashMap<String, String> capitalCities = new HashMap<>();

        capitalCities.put("England", "London");
        capitalCities.put("Germany", "Berlin");
        capitalCities.put("Norway", "Oslo");
        capitalCities.put("USA", "Washington DC");

        capitalCities.putIfAbsent("Russia", "Moscow");

        for(Map.Entry<String, String> m : capitalCities.entrySet()){
            System.out.println(m.getKey() + " " + m.getValue());
        }

        HashMap<String, String> newMap = new HashMap<>();
        newMap.put("Spain","Madrid");
        newMap.putAll(capitalCities);
    }
}

Интерфейс Set позволяет удобно работать с несколькими множествами

boolean result = setA.containsAll(setB);

B подмножество А?

А

В

Добавить B в А

В

setA.addAll(setB);

А

setA.removeAll(setB);

Исключить B из А

А

В

setA.retainAll(setB);

Пересечение А и В

А

В

HashSet

Важно: Значение уникально

За уникальностью следит Set

Key Value

У Set ключ является значением

Реализует интерфейс Set

Пример с HashSet

import java.util.*; 

public class MyApplication {
  public static void main(String[] args) { 
    HashSet<String> set = new HashSet<>();  
    set.add("One");    
    set.add("Two");    
    set.add("Two");  
    set.add("Three");

    for (String item : set) {  
      System.out.println(item);  
    }
  }
}

Коллекции и иммутабельность

Все коллекции, по умолчанию, мутабельны

Объект считается иммутабельным, если его состояние нельзя изменить после создания

List<String> stringList = Arrays.asList("a", "b", "c");
stringList = Collections.unmodifiableList(stringList);

// Collections.unmodifiableSet
// Collections.unmodifiableMap

Можно создать иммутабельную коллекцию:

Что вы узнаете сегодня

1) Обобщения (generics):

Для чего нужны
Как с ними работать

2) Коллекции:

ArrayList и LinkedList
HashMap
HashSet

3) Что такое raw types и wildcard

Обобщения появились не сразу

Для сохранения работы старого кода добавлены raw types (сырые типы)

Сырые типы (raw types)

List list = new ArrayList();

Синтаксис

List<String> list = new ArrayList<String>();

Вместо

Или обобщения без параметров

* Сырые типы оставлены для обратной совместимости

У сырых типов есть проблема

import java.util.*;

public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) { 
        List list = new ArrayList();
        list.add("First");
        list.add("Second");
        list.add(10);
        
        for(Iterator<String> itemItr = list.iterator(); itemItr.hasNext();) {
            System.out.println(itemItr.next()); 
        }
    }
}

Пример с сырым типом

Снова ошибка в момент выполнения

import java.util.*;

public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) { 
        List<String> list = new ArrayList<>(); 
        list.add("First"); 
        list.add("Second"); 
        list.add(10);

        for(Iterator<String> itemItr = list.iterator(); itemItr.hasNext();) {
            System.out.println(itemItr.next()); 
        }
    }
}

Пример с обобщением с параметрами

Ошибка при компиляции

Но что делать, если тип нам неизвестен?

Стоит избегать использования сырых типов

public static void main(String[] args) {
    //Double list 
    List<Double> list2 = Arrays.asList(1.1,2.2,3.3); 
    
    //Integer List 
    List<Integer> list1 = Collections.emptyList(); 
  
    checkIfEmptyList(list1);
    checkIfEmptyList(list2);
} 
  
private static void checkIfEmptyList(List<Object> list) {
    if (list.isEmpty()) {
      throw new RuntimeException("Ошибка. Передан пустой лист");
    }
}

Коллекция с неизвестным содержимым

Не работает

Object - родительский класс для Integer,

но Collection<Object> не родитель для Collection<Integer>

Для коллекций с неизвестным типом есть отдельный синтаксис

Маски (wildcards)

Используются для описания неизвестного типа
Синтаксис похож на обобщения, но вместо буквы - знак вопроса

public static void main(String[] args) {
    //Double list 
    List<Double> list2 = Arrays.asList(1.1,2.2,3.3); 
    
    //Integer List 
    List<Integer> list1 = Collections.emptyList(); 
  
    checkIfEmptyList(list1);
    checkIfEmptyList(list2);
} 
  
private static void checkIfEmptyList(List<?> list) {
    if (list.isEmpty()) {
      throw new RuntimeException("Ошибка. Передан пустой лист");
    }
}

Использование маски

Маски тоже можно наследовать

Подробнее - https://habr.com/ru/company/sberbank/blog/416413/

Домашнее задание

public <T> static Email sendHomeWork(Homework<T> homework) {
    Email result = homework.makeHomework();
    return result;
}

java.lang.NullPointerException

at Study.sendHomework (Study.java :2)

at MyApplication.onAfterLection (MyApplication.java :3)

Спойлер следующей лекции:

Вы узнаете, что такое NullPointerException

Практика по обобщениям будет в рамках последующих занятий

Сегодня домашнего задания не будет

Полезные ссылки

***

Хорошее объяснение принципов использования наследования в обобщениях (PECS)

Занятие №3

Обобщения и коллекции

Что вы узнаете сегодня

Представим, что мы хотим выводить в консоль объекты разных типов одинаково

Класс для вывода в строку

(с использованием определенного типа)

Недостатки

На прошлой лекции вы узнали, что для реализации общего поведения используется наследование

Адам Object - общий родительский элемент для всех объектов в Java

Основные методы класса Object

Класс для вывода в строку

(с использованием Object)

Пример использования

Недостатки

Преимущества

Нам помогут обобщения

Как сделать лучше?

Что такое обобщения (generics)

Синтаксис

Пример использования

Преимущества обобщений

Синтаксис

Несколько обобщений в одном классе

Слишком широкие обобщения - плохо

Как выделить нужное?

Нужны ограничения - используем наследование

Ограниченные обобщения

Компилятор и обобщения

Компилятор

Кармансы

"Что же у него там,

в его кармансах?"

Стирание типов

Изначально

После

Компиляция

Обобщенный тип

Нет типа

До компиляции:

После компиляции:

Итого

Условия работы с обобщениями

Что вы узнаете сегодня

Коллекции

Зачем нужны коллекции?

Фичи встроенных коллекций

Схема

наследования коллекций

Разберем несколько

встроенных коллекций:

ArrayList и LinkedList (интерфейс List)

HashMap (интерфейс Map)

HashSet (интерфейс Set)

ArrayList и LinkedList

Оба реализуют интерфейс List

ArrayList vs LinkedList

Каждый элемент списка знает 2 своих соседей (Node)

Для хранения используются динамические массивы

Пример с ArrayList и интерфейсом List

HashMap

Key Value

Реализует интерфейс Map

Пример с HashMap

Интерфейс Set позволяет удобно работать с несколькими множествами

B подмножество А?

А

В

Добавить B в А

В

А

Исключить B из А

А

В

Пересечение А и В

А

В

HashSet

Key Value

Реализует интерфейс Set

Пример с HashSet