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Varianz in Java

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2023-09-01 13:05:06996Durchsuche

Varianz in Java

Mit seinen leistungsstarken objektorientierten Programmierfunktionen bietet Java Programmierern mehrere Mechanismen zur Entwicklung flexiblen und effizienten Codes. Eines der oft übersehenen, aber entscheidenden Konzepte ist die Varianz. Das Verständnis der Varianz ist für die Beherrschung von Java von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Arbeit mit Generika und Sammlungen. Dieser Artikel wirft einen detaillierten Blick auf die Varianz in Java und behandelt ihre Typen (Kovarianz, Kontravarianz und Invarianz) sowie ihre praktischen Anwendungen.

Varianz verstehen

Varianz bezieht sich auf die Beziehung zwischen Subtypen eines komplexeren Typs und den Subtypen seiner Komponenten. Einfach ausgedrückt bestimmt es, wie die Typhierarchie von Klassen erhalten bleibt, wenn diese Klassen als Typparameter verwendet werden. Besonders wichtig werden Varianten beim Umgang mit Generika, da sie einen Rahmen zur Gewährleistung der Typsicherheit bieten und gleichzeitig ein gewisses Maß an Flexibilität bei der Zuweisung ermöglichen.

Varianz kann in drei Haupttypen unterteilt werden:

  • KovarianzWenn ClassB eine Unterklasse von ClassA ist, dann kann Collection als Unterklasse von Collection betrachtet werden.

  • Kontravarianz – Wenn KlasseB eine Unterklasse von KlasseA ist, dann kann Sammlung als Unterklasse von Sammlung betrachtet werden. p>

  • Invarianz – Sammlung und Sammlung haben keine Subtypbeziehung, unabhängig von der Beziehung zwischen KlasseA und KlasseB.

Lass uns tiefer in jedes Konzept eintauchen.

Kovarianz in Java

In Java wird Kovarianz durch die Verwendung von Platzhaltern und der Extens-Klausel erreicht. Betrachten wir ein Beispiel -

List<Animal> animals = new ArrayList<>();
<List<super Cat>cats=animals;

In diesem Fall können Sie ein Cat-Objekt oder eine beliebige Instanz davon zu cats hinzufügen, aber Sie können nicht aus cats lesen und das Ergebnis als Cat behandeln, da es jeden Supertyp von Cat enthalten kann, einschließlich Animal oder Object. Man kann Katzen also anschreiben, aber nicht typsicher lesen

Unveränderlichkeit in Java

Unveränderlichkeit ist das Standardverhalten in Java und bedeutet, dass zwischen Collection

und Collection keine Subtypisierungsbeziehung besteht, unabhängig von der Beziehung zwischen ClassA und ClassB. Dies mag einschränkend erscheinen, ist aber für die Typsicherheit von entscheidender Bedeutung. In Java ist List kein Subtyp von List, obwohl String ein Subtyp von Object ist. Dies liegt daran, dass Java-Sammlungen veränderbar sind und das Zulassen dieser Beziehung zu einem Laufzeittypfehler führt.

List<String> strings = new ArrayList<>();
// Compile error: Incompatible types
List<Object> objects = strings;

Obwohl String im obigen Beispiel ein Subtyp von Object ist, ist List

kein Subtyp von List, sodass ein Kompilierungsfehler auftritt.

Diese Funktion mag zunächst wie eine Einschränkung erscheinen, sie ist jedoch ein wichtiger Aspekt des Java-Typsystems, der sicherstellt, dass keine unsicheren Vorgänge ausgeführt werden. Wenn List

ein Untertyp von List ist, können Objekte, die keine Zeichenfolgen sind, zu List hinzugefügt werden, was zur Laufzeit eine ClassCastException verursacht.

List<String> strings = new ArrayList<>();
// If this were allowed...
List<Object> objects = strings;
// ...this would put a non-String into a List<String>
objects.add(new Object());
String str= strings.get(0); // ClassCastException

Dieses Beispiel veranschaulicht, warum die Aufrechterhaltung der typsicheren Unveränderlichkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Begrenzte Typparameter und Varianz

Kovarianz und Kontravarianz werden am häufigsten für begrenzte Typparameter verwendet. Begrenzte Typparameter geben an, dass ein Typparameter ein Untertyp (Schlüsselwort „extends“) oder ein Supertyp (Schlüsselwort „super“) eines bestimmten Typs sein muss. Dies ermöglicht Flexibilität bei der Entscheidung, welche Typen an Methoden übergeben werden können, während gleichzeitig die Typsicherheit gewahrt bleibt.

Zum Beispiel könnten Sie eine Methode haben, die mit einer Liste von Zahlen und allen ihren Unterklassen arbeitet -

public <T extends Number> void processNumbers(List<T> numbers) { /* ... */ }

In dieser Methode ist T ein begrenzter Typparameter und muss Zahl oder ein Untertyp von Zahl sein. Dadurch kann die Methode mit List

, List, List usw. arbeiten und dabei Kovarianz aufweisen

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis der Varianz in Java für die effektive Nutzung von Generika und Sammlungen von entscheidender Bedeutung ist. Es ermöglicht flexiblen Code und gewährleistet gleichzeitig die Typsicherheit.

Kovarianz ermöglicht mithilfe des Schlüsselworts „extends“, dass Unterklassen Oberklassen ersetzen können, wodurch eine allgemeinere Objektverarbeitung erreicht wird. Kontravarianz hingegen ermöglicht den Ersatz von Unterklassen durch Oberklassen, wodurch ein breiteres Spektrum an Operationen an spezifischeren Objekten ausgeführt werden kann.

Unveränderlichkeit gewährleistet die Typsicherheit, indem sie sicherstellt, dass Sammlungen unterschiedlicher Typen (auch wenn sie durch Vererbung miteinander verbunden sind) ihre Einzigartigkeit behalten und Laufzeittypfehler verhindern.

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