Cómo utilizar los genéricos de Java para evitar ClassCastExceptions

Java 5 trajo los genéricos al lenguaje Java. En este artículo, les presento a los genéricos y analizo los tipos genéricos, los métodos genéricos, los genéricos y la inferencia de tipos, la controversia de los genéricos y los genéricos y la contaminación en pilas.

descargar Obtener el código Descargue el código fuente para ver ejemplos en este tutorial de Java 101. Creado por Jeff Friesen para JavaWorld.

¿Qué son los genéricos?

Los genéricos son una colección de características de lenguaje relacionadas que permiten que los tipos o métodos operen en objetos de varios tipos al tiempo que brindan seguridad de tipos en tiempo de compilación. Las características genéricas abordan el problema de que java.lang.ClassCastExceptionlos correos electrónicos se lanzan en tiempo de ejecución, que son el resultado de un código que no es seguro para tipos (es decir, convertir objetos de sus tipos actuales a tipos incompatibles).

Genéricos y el marco de colecciones de Java

Los genéricos se utilizan ampliamente en Java Collections Framework (introducido formalmente en futuros artículos de Java 101 ), pero no son exclusivos de él. Los medicamentos genéricos se utilizan también en otras partes de la biblioteca de clases estándar de Java, incluyendo java.lang.Class, java.lang.Comparable, java.lang.ThreadLocal, y java.lang.ref.WeakReference.

Considere el siguiente fragmento de código, que demuestra la falta de seguridad de tipos (en el contexto de la java.util.LinkedListclase de Java Collections Framework ) que era común en el código Java antes de que se introdujeran los genéricos:

Lista doubleList = new LinkedList (); doubleList.add (nuevo Double (3.5)); Double d = (Doble) doubleList.iterator (). Next ();

Aunque el objetivo del programa anterior es almacenar solo java.lang.Doubleobjetos en la lista, nada impide que se almacenen otros tipos de objetos. Por ejemplo, puede especificar doubleList.add("Hello");agregar un java.lang.Stringobjeto. Sin embargo, cuando se almacena otro tipo de objeto, el (Double)operador de conversión de la línea final hace ClassCastExceptionque se lance cuando se enfrenta a un no Doubleobjeto.

Debido a que esta falta de seguridad de tipos no se detecta hasta el tiempo de ejecución, es posible que un desarrollador no sea consciente del problema, dejando que el cliente (en lugar del compilador) lo descubra. Los genéricos ayudan al compilador a alertar al desarrollador sobre el problema de almacenar un objeto con un no Doubletipo en la lista al permitirle al desarrollador marcar la lista como que contiene solo Doubleobjetos. Esta ayuda se demuestra a continuación:

Lista doubleList = new LinkedList (); doubleList.add (nuevo Double (3.5)); Double d = doubleList.iterator (). Next ();

Listahora dice " Listde Double". Listes una interfaz genérica, expresada como List, que toma un Doubleargumento de tipo, que también se especifica al crear el objeto real. El compilador ahora puede imponer la corrección de tipos al agregar un objeto a la lista; por ejemplo, la lista solo puede almacenar Double valores. Esta aplicación elimina la necesidad del (Double)yeso.

Descubriendo tipos genéricos

Un tipo genérico es una clase o interfaz que introduce un conjunto de tipos parametrizados mediante una lista de parámetros de tipo formal , que es una lista separada por comas de nombres de parámetros de tipo entre un par de corchetes angulares. Los tipos genéricos se adhieren a la siguiente sintaxis:

identificador de clase < formalTypeParameterList > {// cuerpo de la clase} identificador de interfaz < formalTypeParameterList > {// cuerpo de la interfaz}

Java Collections Framework ofrece muchos ejemplos de tipos genéricos y sus listas de parámetros (y me refiero a ellos a lo largo de este artículo). Por ejemplo, java.util.Setes un tipo genérico,   es su lista de parámetros de tipo formal y E es el parámetro de tipo solitario de la lista. Otro ejemplo es  java.util.Map.

Convención de nomenclatura de parámetros de tipo Java

La convención de programación de Java dicta que los nombres de los parámetros de tipo sean letras mayúsculas simples, como Epara elemento, Kpara clave, Vpara valor y Tpara tipo. Si es posible, evite usar un nombre sin sentido como P- java.util.Listsignifica una lista de elementos, pero ¿qué podría querer decir conList

A parameterized type is a generic type instance where the generic type’s type parameters are replaced with actual type arguments (type names). For example, Set is a parameterized type where String is the actual type argument replacing type parameter E.

The Java language supports the following kinds of actual type arguments:

  • Concrete type: A class or other reference type name is passed to the type parameter. For example, in List, Animal is passed to E.
  • Concrete parameterized type: A parameterized type name is passed to the type parameter. For example, in Set , List is passed to E.
  • Array type: An array is passed to the type parameter. For example, in Map, String is passed to K and String[] is passed to V.
  • Type parameter: A type parameter is passed to the type parameter. For example, in class Container { Set elements; }, E is passed to E.
  • Wildcard: The question mark (?) is passed to the type parameter. For example, in Class, ? is passed to T.

Each generic type implies the existence of a raw type, which is a generic type without a formal type parameter list. For example, Class is the raw type for Class. Unlike generic types, raw types can be used with any kind of object.

Declaring and using generic types in Java

Declaring a generic type involves specifying a formal type parameter list and accessing these type parameters throughout its implementation. Using the generic type involves passing actual type arguments to its type parameters when instantiating the generic type. See Listing 1.

Listing 1:GenDemo.java (version 1)

class Container { private E[] elements; private int index; Container(int size) { elements = (E[]) new Object[size]; index = 0; } void add(E element) { elements[index++] = element; } E get(int index) { return elements[index]; } int size() { return index; } } public class GenDemo { public static void main(String[] args) { Container con = new Container(5); con.add("North"); con.add("South"); con.add("East"); con.add("West"); for (int i = 0; i < con.size(); i++) System.out.println(con.get(i)); } }

Listing 1 demonstrates generic type declaration and usage in the context of a simple container type that stores objects of the appropriate argument type. To keep the code simple, I’ve omitted error checking.

The Container class declares itself to be a generic type by specifying the formal type parameter list. Type parameter E is used to identify the type of stored elements, the element to be added to the internal array, and the return type when retrieving an element.

The Container(int size) constructor creates the array via elements = (E[]) new Object[size];. If you’re wondering why I didn’t specify elements = new E[size];, the reason is that it isn’t possible. Doing so could lead to a ClassCastException.

Compile Listing 1 (javac GenDemo.java). The (E[]) cast causes the compiler to output a warning about the cast being unchecked. It flags the possibility that downcasting from Object[] to E[] might violate type safety because Object[] can store any type of object.

Note, however, that there is no way to violate type safety in this example. It’s simply not possible to store a non-E object in the internal array. Prefixing the Container(int size) constructor with @SuppressWarnings("unchecked") would suppress this warning message.

Execute java GenDemo to run this application. You should observe the following output:

North South East West

Bounding type parameters in Java

The E in Set is an example of an unbounded type parameter because you can pass any actual type argument to E. For example, you can specify Set, Set, or Set.

Sometimes you’ll want to restrict the types of actual type arguments that can be passed to a type parameter. For example, perhaps you want to restrict a type parameter to accept only Employee and its subclasses.

You can limit a type parameter by specifying an upper bound, which is a type that serves as the upper limit on the types that can be passed as actual type arguments. Specify the upper bound by using the reserved word extends followed by the upper bound’s type name.

For example, class Employees restricts the types that can be passed to Employees to Employee or a subclass (e.g., Accountant). Specifying new Employees would be legal, whereas new Employees would be illegal.

You can assign more than one upper bound to a type parameter. However, the first bound must always be a class, and the additional bounds must always be interfaces. Each bound is separated from its predecessor by an ampersand (&). Check out Listing 2.

Listing 2: GenDemo.java (version 2)

import java.math.BigDecimal; import java.util.Arrays; abstract class Employee { private BigDecimal hourlySalary; private String name; Employee(String name, BigDecimal hourlySalary) { this.name = name; this.hourlySalary = hourlySalary; } public BigDecimal getHourlySalary() { return hourlySalary; } public String getName() { return name; } public String toString() { return name + ": " + hourlySalary.toString(); } } class Accountant extends Employee implements Comparable { Accountant(String name, BigDecimal hourlySalary) { super(name, hourlySalary); } public int compareTo(Accountant acct) { return getHourlySalary().compareTo(acct.getHourlySalary()); } } class SortedEmployees
    
      { private E[] employees; private int index; @SuppressWarnings("unchecked") SortedEmployees(int size) { employees = (E[]) new Employee[size]; int index = 0; } void add(E emp) { employees[index++] = emp; Arrays.sort(employees, 0, index); } E get(int index) { return employees[index]; } int size() { return index; } } public class GenDemo { public static void main(String[] args) { SortedEmployees se = new SortedEmployees(10); se.add(new Accountant("John Doe", new BigDecimal("35.40"))); se.add(new Accountant("George Smith", new BigDecimal("15.20"))); se.add(new Accountant("Jane Jones", new BigDecimal("25.60"))); for (int i = 0; i < se.size(); i++) System.out.println(se.get(i)); } }
    

Listing 2’s Employee class abstracts the concept of an employee that receives an hourly wage. This class is subclassed by Accountant, which also implements Comparable to indicate that Accountants can be compared according to their natural order, which happens to be hourly wage in this example.

The java.lang.Comparable interface is declared as a generic type with a single type parameter named T. This interface provides an int compareTo(T o) method that compares the current object with the argument (of type T), returning a negative integer, zero, or a positive integer as this object is less than, equal to, or greater than the specified object.

The SortedEmployees class lets you store Employee subclass instances that implement Comparable in an internal array. This array is sorted (via the java.util.Arrays class’s void sort(Object[] a, int fromIndex, int toIndex) class method) in ascending order of the hourly wage after an Employee subclass instance is added.

Compile Listing 2 (javac GenDemo.java) and run the application (java GenDemo). You should observe the following output:

George Smith: 15.20 Jane Jones: 25.60 John Doe: 35.40

Lower bounds and generic type parameters

You cannot specify a lower bound for a generic type parameter. To understand why I recommend reading Angelika Langer’s Java Generics FAQs on the topic of lower bounds, which she says “would be confusing and not particularly helpful.”

Considering wildcards

Let’s say you want to print out a list of objects, regardless of whether these objects are strings, employees, shapes, or some other type. Your first attempt might look like what’s shown in Listing 3.

Listing 3: GenDemo.java (version 3)

import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; import java.util.List; public class GenDemo { public static void main(String[] args) { List directions = new ArrayList(); directions.add("north"); directions.add("south"); directions.add("east"); directions.add("west"); printList(directions); List grades = new ArrayList(); grades.add(new Integer(98)); grades.add(new Integer(63)); grades.add(new Integer(87)); printList(grades); } static void printList(List list) { Iterator iter = list.iterator(); while (iter.hasNext()) System.out.println(iter.next()); } }

It seems logical that a list of strings or a list of integers is a subtype of a list of objects, yet the compiler complains when you attempt to compile this listing. Specifically, it tells you that a list-of-string cannot be converted to a list-of-object, and similarly for a list-of-integer.

The error message you've received is related to the fundamental rule of generics: