Lekce 1 - Úvod do kolekcí a genericita v Javě

V dnešní lekci si řekneme úvodní teorii ke kolekcím v Javě, které si v tomto kurzu podrobněji rozebereme.

Kolekce

Pojem kolekce označuje soubor dat, které jsou většinou stejného typu a slouží ke specifickému účelu. Během kurzů jsme se již setkali se dvěma typy kolekcí, bylo to pole a ArrayList. Kolekcí existuje velké množství a ačkoli se zvenku mnohdy tváří podobně, uvnitř fungují velmi odlišně a vybíráme si je podle konkrétního účelu. Java disponuje velkým množstvím předpřipravených kolekcí, se kterými se v této sekci postupně seznámíme a zkusíme si s nimi pracovat.

Generické a obecné kolekce

Když se zamyslíme nad tím, jak bychom si udělali vlastní kolekci, jistě bychom po nějaké době dospěli k problému. Byl by jím datový typ kolekce. Chtěli bychom si např. naprogramovat vlastní ArrayList, vytvořili bychom třídu MujList.java, do ní přidali příslušné metody a vše potřebné. Protože však chceme, aby byla naše kolekce univerzální a uměla tedy ukládat např. jak inty, tak uživatele, bude problém s datovým typem prvků uvnitř kolekce. Existují 2 varianty, jak tento problém vyřešit a i samotná Java obsahuje kolekce těchto 2 typů.

Obecné kolekce

Jelikož víme, že všechny datové typy mají jako předka třídu Object, můžeme prvky v naší kolekci ukládat právě do tohoto datového typu. Do kolekce nyní můžeme uložit v podstatě cokoli. Nevýhodou je, že sama kolekce skutečný datový typ prvků nezná a proto umí prvky navracet jen jako obecné objekty. Po získání prvku z kolekce si jej tedy musíme přetypovat.

Uveďme si příklad kolekce, u které neuvedeme generický typ:

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("položka");

String polozka = (String)list.get(0);

Po vytvoření listu si do něj přidáme položku typu String. Abychom tuto položky mohli z listu získat zpět, je třeba ji na String zpětně přetypovat.

Pro funkčnost kódu musíme přidat import java.util.ArrayList;.

Generické kolekce

Generické kolekce řeší problém s datovým typem na úrovni jazyka Java. Zavádí tzv. genericitu. Zjednodušeně řečeno se jedná o možnost specifikovat datový typ až ve chvíli vytvoření instance. Ve třídě samotné kolekce se poté pracuje s generickým typem, který slouží jako zástupce pro budoucí datový typ. Můžeme si to představit tak, že se generický typ ve třídě změní např. na String ve chvíli, když vytvoříme její instanci. Jedná se tedy o možnost třídy nějakým způsobem parametrizovat.

Generický ArrayList již známe a onen datový typ (parametr) se generickým třídám specifikuje ve špičatých závorkách. Máme možnost specifikovat datový typ pouze jednou, při vytvoření kolekce. Jakékoli další přetypování odpadá:

ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("položka");

String polozka = list.get(0);

Program funguje úplně stejně, jako ten s negenerickou kolekcí ArrayList, nicméně číst můžeme bez nepohodlného přetypování.

Generické kolekce nahradily kolekce obecné a ty se již příliš nepoužívají. V kurzu se budeme věnovat generickým kolekcím a jejich negenerické verze pouze zmíníme.

Genericita

Genericita je samozřejmě vlastnost jazyka Java a my ji máme možnost ve svých třídách používat.

Zatím se nebudeme zatěžovat tvorbou vlastní kolekce. Vytvořme si třídu, která bude jednoduše spravovat jednu proměnnou. Proměnná bude generická, tedy libovolného datového typu. Založte si nový projekt, konzolovou aplikaci s názvem Genericita. Přidejte si novou třídu, pojmenujme ji nyní pro studijní účely pouze Trida. V její deklaraci přidáme generický parametr, který pojmenujeme T:

public class Trida<T> {

}

Generických parametrů můžeme zadat ve špičatých závorkách více, oddělíme je čárkou. Někdy se to může hodit, my se s tím setkáme dále u generických map.

Přesuneme se do metody main(), kde si vytvoříme instanci naší třídy:

Trida<Integer> instance = new Trida<>();

Nezapomeneme na špičaté závorky jak u datového typu, tak u konstruktoru. Od Javy 7 není potřeba přidávat datový typ u konstruktoru. Nyní jsme parametru T v této instanci třídy určili datový typ Integer. Stejně tak si můžeme udělat další instanci té samé třídy a parametru T dát úplně jiný datový typ, např. String. Stačí nám tedy 1 třída pro více datových typů.

Pokračujme a vytvořme si ve třídě atribut. T můžeme použít jako běžný datový typ:

private T promenna;

Třídě ještě dodáme konstruktor, který proměnnou inicializuje:

public Trida(T promenna) {
    this.promenna = promenna;
}

V main() aktualizujeme vytvoření instance:

Trida<Integer> instance = new Trida<>(10);

Nyní instance obsahuje atribut promenna, který je typu Integer a nabývá hodnoty 10.

Můžeme dokonce přidat metodu, která bude mít navíc další generický parametr (jiný, než má třída). Mohla by vypadat např. takto:

public <T2> boolean porovnej(T2 a) {
    return promenna.equals(a);
}

Zkusíme si tedy porovnat náš Integer s nějakým jiným typem:

instance.<String>porovnej("15");

Generický typ si Java dokáže odvodit z parametru, takže ho není potřeba za názvem funkce uvádět.

Další konstrukce

Pro úplnost si ještě uveďme několik konstrukcí.

Generický parametr třídy je možné blíže specifikovat, přesněji omezit. Slouží k tomu klíčové slovo extends. Můžeme tak nastavit, že udaný datový typ musí např. implementovat rozhraní Comparable:

public class Trida<T extends Comparable> {
    ...
}

Díky tomu můžeme na proměnných typu T nyní uvnitř třídy volat metody z daného rozhraní. Samotné rozhraní může opět obsahovat generický parametr, abychom generické typy mohli používat i v hlavičkách jeho metod.

Nakonec si ukažme, jak můžeme typ parametru omezit z hlediska dědičnosti.

public class Trida<A extends B, B extends C, C> {

}

Výše jsme deklarovali třídu se třemi generickými parametry, kde A je potomkem B a B je potomkem C.

V příští lekci, Java Collections Framework, se podíváme na Listy, představíme si různé implementace této kolekce a jejich výhody a nevýhody.

 

Měl jsi s čímkoli problém? Stáhni si vzorovou aplikaci níže a porovnej ji se svým projektem, chybu tak snadno najdeš.