آشنایی با Generics در جاوا: مفهومی برای افزایش انعطاف‌پذیری و ایمنی در کدنویسی

آشنایی با Generics در جاوا: مفهومی برای افزایش انعطاف‌پذیری و ایمنی در کدنویسی

Generics یکی از ویژگی‌های قدرتمند زبان جاوا است که در نسخه 5 این زبان معرفی شد. این قابلیت به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا کلاس‌ها، اینترفیس‌ها و متدهایی تعریف کنند که بتوانند با انواع مختلف داده کار کنند، بدون اینکه نیاز به تکرار کد یا استفاده از تبدیل‌های نوع داشته باشند. در این مقاله، با Generics، مزایا، و نحوه استفاده از آن آشنا خواهیم شد.

مزایای Generics

1. ایمنی نوع (Type Safety):
   • استفاده از یک نوع مشخص در کل ساختار داده یا متد، از بروز خطاهایی مانند ClassCastException جلوگیری می‌کند.
2. قابلیت استفاده مجدد (Reusability):
   • کدهای نوشته شده می‌توانند با انواع مختلف داده کار کنند، بدون نیاز به بازنویسی.
3. بررسی در زمان کامپایل (Compile-Time Checking):
   • خطاهای مرتبط با نوع داده در زمان کامپایل شناسایی می‌شوند، که باعث افزایش پایداری برنامه می‌شود.

نحوه تعریف Generics در جاوا

ساختار Generics با استفاده از پرانتزهای زاویه‌دار (<>) و یک یا چند پارامتر نوع مشخص می‌شود:

class ClassName<T> {
    // T جایگزینی برای نوع است
}

کاربردهای Generics

1. کلاس‌های عمومی (Generic Classes)

کلاس‌ها می‌توانند به گونه‌ای تعریف شوند که با انواع مختلف داده سازگار باشند.

public class Box<T> {
    private T item;

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

نمونه استفاده:

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello");
System.out.println(stringBox.getItem());

2. متدهای عمومی (Generic Methods)

متدها می‌توانند پارامترهای نوعی مخصوص به خود تعریف کنند که مستقل از پارامترهای نوع کلاس باشد.

public static <T> void printArray(T[] array) {
    for (T item : array) {
        System.out.println(item);
    }
}

نمونه استفاده:

Integer[] intArray = {1, 2, 3};
String[] strArray = {"A", "B", "C"};
printArray(intArray);
printArray(strArray);

3. اینترفیس‌های عمومی (Generic Interfaces)

اینترفیس‌ها نیز می‌توانند از Generics استفاده کنند.

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

class KeyValuePair<K, V> implements Pair<K, V> {
    private K key;
    private V value;

    public KeyValuePair(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

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

نمونه استفاده:

Pair<Integer, String> pair = new KeyValuePair<>(1, "Apple");
System.out.println(pair.getKey() + " -> " + pair.getValue());

4. محدودیت پارامترهای نوع (Bounded Type Parameters)

با استفاده از کلمه کلیدی extends می‌توانید نوع پارامترها را محدود کنید.

public static <T extends Number> double sum(T num1, T num2) {
    return num1.doubleValue() + num2.doubleValue();
}

نمونه استفاده:

System.out.println(sum(10, 20));      // ورودی Integer
System.out.println(sum(10.5, 20.3)); // ورودی Double

5. Wildcard (?)

Wildcard به معنی نوع ناشناخته است و برای انعطاف‌پذیری بیشتر استفاده می‌شود.

• Wildcard بدون محدودیت (?): به هر نوعی اجازه می‌دهد.

  public void printList(List<?> list) {
      for (Object obj : list) {
          System.out.println(obj);
      }
  }

• Wildcard محدود به بالا (? extends Type): به نوع خاص یا زیرکلاس‌های آن محدود می‌شود.

  public void process(List<? extends Number> numbers) {
      for (Number num : numbers) {
          System.out.println(num.doubleValue());
      }
  }

• Wildcard محدود به پایین (? super Type): به نوع خاص یا والدین آن محدود می‌شود.

  public void addNumbers(List<? super Integer> list) {
      list.add(10);
      list.add(20);
  }

Type Erasure (حذف نوع در زمان اجرا)

Generics در جاوا با استفاده از مکانیزم حذف نوع پیاده‌سازی شده‌اند. در زمان اجرا، اطلاعات نوع حذف می‌شود و به نوع پایه (Object) یا محدودیت تعریف شده تبدیل می‌شود.

نمونه:

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
String str = list.get(0); // ایمن

در زمان اجرا، کد به شکل زیر تغییر می‌کند:

List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
String str = (String) list.get(0); // تبدیل نوع صریح

محدودیت‌های Generics

1. عدم پشتیبانی از نوع‌های اولیه (Primitive Types):
   برای استفاده از نوع‌های اولیه باید از کلاس‌های بسته‌بندی (Integer, Double, ...) استفاده کنید.

2. عدم دسترسی به نوع در زمان اجرا:
   شما نمی‌توانید از پارامترهای نوع برای ایجاد نمونه یا بررسی نوع استفاده کنید (مثلاً T obj = new T() مجاز نیست).

3. عدم استفاده در بخش‌های استاتیک:
   پارامترهای نوع در زمینه‌های استاتیک قابل استفاده نیستند.

نتیجه‌گیری

Generics ابزار قدرتمندی برای افزایش ایمنی نوع و انعطاف‌پذیری در کدنویسی جاوا است. این قابلیت به‌ویژه در طراحی مجموعه‌ها (List, Map, Set) و APIها کاربرد گسترده‌ای دارد. یادگیری و استفاده صحیح از Generics به شما کمک می‌کند تا کدی پایدارتر و قابل استفاده مجدد بنویسید.