Effective Java 第 2 版：第 5 章 項目 28, 29

Java reading

ジェネリックスの章、最後の 2 項目。ワイルドカードを使った API と、マップのキーのパラメータ化について。

項目 28: API の柔軟性向上のために境界ワイルドカードを使用する

extends を用いた境界ワイルドカード

スタックを考える。pushAll は以下の API を考える。

public void pushAll(Iterable<E> src);

Number は Integer のスーパークラスである。よって、Number でパラメータ化されたスタックに、Integer でパラメータ化されたオブジェクトを格納することは自然に思える。しかし、実際は以下のようなコードはエラーになる。

Stack<Number> stack = new Stack<>();
Iterable<Integer> iterable = ...;
stack.pushAll(iterable);    // エラー

ここで境界ワイルドカードを使う。この境界ワイルドカードを使って、以下のようにコードを書き換えると、上記のコードは動く。

public void pushAll(Iterable<? extends E> src);

? extends E は E のサブクラスであるなんらかの型を表す。こうすることで、Number のサブクラスである Integer, Double などでパラメータ化されているオブジェクトが、引数として渡せるようになる。

super を用いた境界ワイルドカード

スタックに対する格納メソッドである popAll を考える。

public void popAll(Collection<E> dest);

このコードだと、さきほどの Number と Integer の話と同様の理由で、以下のコードが動かない。

Stack<Integer> stack = Stack<>();
Collection<Number> numbers = ...;
stack.popAll(numbers);

このとき、境界ワイルドカードを用いて、以下のように書き換えることで、上記のコードが動くようになる。

public void popAll(Collection<? super E> dest);

? super E は E のスーパークラスであるなんらかの型を表す。こうすることで、Number のサブクラスである Integer, Double などでパラメータ化されているオブジェクトを、引数のオブジェクトへ格納できるようになる。

PECS

メソッドに T を与えるための引数は、型パラメータを extends とする。逆に、メソッドから T をもらうための引数は、型パラメータを super とする。これを表す略語として PECS (producer-extends, consumer-super) がある。PECS にのっとることで、API が柔軟に使えるようになる。

項目 27 の max の API は、PECS により、以下のように書き換えられる。

public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list);

max 自体の引数の型が List<? extends T> であることは、この与える引数から最大値を求める、ということから、PECS により理解できる。

それより少しわかりにくいのは Comparable の型パラメータである。これは super を使っているため、T を与えられるということになる。Comparable<T> は T と比較可能なことを表すインターフェースである。つまり、Comparable<T> は、T を受け取って、compareTo によって、自分自身と比較するオブジェクトということになる。これは、popAll における Collection<T> と役割としては一緒である（Collection は T を受け取って自分自身に格納している）。よって、Comparable<T> は consumer といえ、PECS により Comparable<? super T> と書き換えられる。

その他

  • 型パラメータがメソッド宣言中に一度しか現れないなら ? で置き換える
    • 型パラメータが ? のコンテナーには（null 意外の）要素を入れられないので、その対応は必要

項目 29: 型安全な異種コンテナーを検討する

ジェネリックな Class 型をキーとすることで、複数の型を扱うマップを作れる。

Map<Class<?>, Object> map = new HashMap<Class<?>, Object>>();

マップのキーにワイルドカード ? が用いられている。これによって、異なる型のクラスリテラルをキーとして値を格納、取り出しできる。クラスリテラルとは、String.class や Integer.class などで得られる Class<T> 型オブジェクトのことである。

また、値に Object 型が用いられている。こちらは型パラメーターで表せないので、すべてのクラスの先祖である Object にすることで、どのような型のオブジェクトも入れられるようにしている。

このコンテナーに対する API は以下のように実装できる。

public <T> void myPut(Class<T> type, T instance) {
    if (type == null) {
        throw new NullPointerException("Type is null");
    }
    map.put(type, type.cast(instance));
}
public <T> T myGet(Class<T> type) {
    return type.cast(map.get(type));
}

上記のメソッドで使われている Class.cast は、引数にとった値が Class の表す型と一致するなら、Object から Class の表す型のオブジェクトへキャストする。そうでなければ、ClassCastException を投げる。

実際の使い方は以下の通り。

myPut(Integer.class, 1);    // キー Class<Integer>, 値 int (Integer)
myPut(String.class, "test");    // キー Class<String>, 値 String
int i = myGet(Integer.class);
String s = myGet(String.class);

制約

  1. 原型をキーにすると型安全性が崩れる
    • コンパイル時に無検査警告が出る
  2. 具象化不可能型（List<String> など）をキーに使えない
    • List<String>.class は文法エラー
    • List<Integer> と List<String> は同じ Class オブジェクトを持つので、今回のケースではうまくいかない

参考文献

EFFECTIVE JAVA 第2版 (The Java Series)

EFFECTIVE JAVA 第2版 (The Java Series)

kymmt