Дженерики и внутренние классы в Java. Practical Tasks

Добавьте к внутреннему классу Query модификатор static — и строка, которая печатала логин пользователя, перестанет компилироваться: non-static variable login cannot be referenced from a static context. Такие различия между видами вложенных классов и границами параметров типа быстрее всего усваиваются на задачах, а не при чтении теории.

На этой странице — 10 задач по дженерикам (обобщениям) Java и внутренним классам. Первые пять задач закрепляют вложенные классы: обычный внутренний, локальный, анонимный и статический вложенный класс. Остальные пять — дженерики: обобщённые классы с ограничениями типов, обобщённые методы и wildcard. К пяти задачам есть видеоразбор, к четырём задачам на дженерики — контрольный вывод с примерами. Теория — в уроках Вложенные и внутренние классы в Java и Дженерики или обобщения в Java.

Обычный внутренний класс

1. Создайте класс User, содержащий private переменные login и password и конструктор для их инициализации.
2. Создайте внутренний класс Query в классе User. Класс Query содержит метод printToLog(), который выводит на консоль сообщение о том, что пользователь с таким-то логином и паролем отправил запрос.
3. Класс User содержит метод createQuery(), в котором создается объект класса Query и вызывается метод printToLog().
4. В методе main(): создайте экземпляр класса User и вызовите метод createQuery(); создайте экземпляр класса Query и вызовите метод printToLog(), используя конструкцию user.new Query(); создайте экземпляр класса Query и вызовите метод printToLog(), используя конструкцию new User(...).new Query().

Пример вывода для пользователя new User("anna", "qwerty"):

Пользователь anna с паролем qwerty отправил запрос

Video walkthrough →

Локальный внутренний класс

Перепишите задачу «Обычный внутренний класс», сделав Query локальным классом.

1. Объявите класс Query в теле метода createQuery() класса User и там же создайте его объект и вызовите printToLog().
2. Добавьте в метод createQuery() параметр String requestText и выведите его в printToLog() вместе с логином.
3. Попробуйте присвоить параметру requestText новое значение внутри createQuery(). Объясните, почему код перестал компилироваться.
4. Какие строки метода main() из исходной задачи больше не компилируются и почему?

Video walkthrough →

Статический вложенный класс

Перепишите класс Query из задачи «Обычный внутренний класс», используя статический вложенный класс.

1. Объявите Query внутри User с модификатором static. Метод printToLog() по-прежнему выводит логин и пароль пользователя.
2. В методе main() создайте объект Query без конструкции user.new Query() — через new User.Query(...) — и вызовите printToLog().
3. Метод createQuery() класса User должен работать, как раньше.

Video walkthrough →

Анонимный класс Printable

1. Создайте интерфейс Printable с методом void print() (или возьмите его из своих решений по интерфейсам).
2. Создайте анонимный класс, реализующий интерфейс Printable. Вызовите его метод print().
3. Замените анонимный класс лямбда-выражением. Объясните, почему для Printable это возможно, а для интерфейса с двумя абстрактными методами — нет.

Video walkthrough →

Анонимный класс Cookable

1. Создайте интерфейс Cookable, содержащий метод void cook(String str).
2. Создайте класс Food, содержащий метод public void prepare(Cookable c, String str) { c.cook(str); }
3. Создайте экземпляр класса Food и вызовите его метод prepare().
4. На вход метода prepare() передайте экземпляр анонимного класса, реализующего интерфейс Cookable.
5. Вызовите prepare() еще раз с другим анонимным классом, который выводит строку заглавными буквами. Создайте его прямо в аргументе вызова, без промежуточной переменной.

Обобщенный класс с тремя параметрами

1. Создайте обобщённый класс с тремя параметрами типа (T, V, K).
2. Класс содержит три поля типов T, V, K, конструктор, принимающий на вход значения этих типов, и методы, возвращающие значения трех полей. Создайте метод, выводящий на консоль имена классов для трех полей класса.
3. Наложите ограничения на параметры типа: T должен реализовать интерфейс Comparable (классы-оболочки, String), V должен реализовать интерфейс Serializable и расширять класс Animal, K должен расширять класс Number.
4. Создайте класс Animal и его подкласс Cat, реализующий Serializable. В методе main() создайте объект своего класса с аргументами типа String, Cat, Integer и выведите имена классов полей.
5. Убедитесь, что объявление с String на месте K не компилируется.

Video walkthrough →

Обобщенная матрица

Напишите обобщённый класс Matrix<T extends Number> для прямоугольной матрицы чисел. Если вы уже писали класс матрицы для int, перепишите его.

1. Элементы хранятся в двумерном массиве T[][], который передается в конструктор. Если строки массива разной длины, конструктор бросает IllegalArgumentException.
2. Методы: T get(int row, int col), int rows(), int cols() и void print(), который выводит каждую строку матрицы, разделяя элементы пробелом.
3. Метод Matrix<Double> add(Matrix<? extends Number> other) складывает матрицы одинакового размера; тип элементов второй матрицы может отличаться. При разных размерах бросается IllegalArgumentException.
4. Метод Matrix<Double> multiply(Matrix<? extends Number> other) умножает матрицы. Если число столбцов первой матрицы не равно числу строк второй, бросается IllegalArgumentException.
5. Проверьте класс на матрицах: a — Integer [[1, 2], [3, 4]], b — Integer [[5, 6], [7, 8]], c — Double [[0.5, 0.5], [0.5, 0.5]].

Вывод a.add(c).print() и a.multiply(b).print():

1.5 2.5
3.5 4.5
19.0 22.0
43.0 50.0

Нахождение минимального и максимального элемента массива

Напишите обобщённый класс MinMax, который содержит методы для нахождения минимального и максимального элемента массива. Массив является полем класса и передается в класс через конструктор.

1. Ограничьте параметр типа так, чтобы класс работал с любыми сравнимыми элементами: Integer, Double, String.
2. Методы T min() и T max() возвращают элемент массива. Сравнивайте элементы методом compareTo(), а не через преобразование в double.
3. Для пустого массива методы бросают NoSuchElementException с понятным сообщением, а null вместо массива приводит к NullPointerException уже в конструкторе (Objects.requireNonNull()).
4. Проверьте класс на массивах Integer[] {3, -7, 12, 0} и String[] {"pear", "apple", "plum"}.

Ожидаемый вывод:

min = -7, max = 12
min = apple, max = plum

Калькулятор с обобщёнными статическими методами

Напишите класс Calculator (необобщённый), который содержит обобщённые статические методы sum(), multiply(), divide() и subtract(). Параметры этих методов — два числа, возможно разного типа (например, Integer и Double), над которыми должна быть произведена операция. Результат — double.

1. Объявите у каждого метода собственные параметры типа с границей Number.
2. Проверьте методы на вызовах из примера ниже.
3. Убедитесь, что вызов Calculator.sum("1", 2) не компилируется.
4. В комментарии к классу объясните, чем ваша сигнатура отличается от double sum(Number a, Number b) и в каком случае параметр типа в сигнатуре метода действительно необходим.

System.out.println(Calculator.sum(5, 2.5));         // 7.5
System.out.println(Calculator.multiply(3, 4L));     // 12.0
System.out.println(Calculator.subtract(10, 0.25f)); // 9.75
System.out.println(Calculator.divide(7, 2));        // 3.5
System.out.println(Calculator.divide(1, 0));        // Infinity

Wildcard: копирование списка и поиск максимума

Напишите утилитный класс ListUtils с двумя обобщёнными статическими методами и проверьте, какие вызовы пропускает компилятор.

1. static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) добавляет в конец списка dest все элементы src.
2. static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list) возвращает наибольший элемент; для пустого списка бросает NoSuchElementException.
3. Скопируйте List<Integer> [1, 2, 3] в пустой List<Number> и в List<Object>, где уже лежит строка "x". Выведите оба списка. Затем найдите max для Arrays.asList(3, 9, 4) и Arrays.asList("pear", "apple", "plum").
4. Попробуйте скопировать List<Number> в List<Integer>. Объясните, почему компилятор запрещает этот вызов и от какой ошибки он защищает.
5. Напишите метод static void addZero(List<? extends Number> list) с вызовом list.add(0). Объясните ошибку компиляции и исправьте сигнатуру так, чтобы метод принимал List<Integer>, List<Number> и List<Object>.

Ожидаемый вывод пункта 3:

[1, 2, 3]
[x, 1, 2, 3]
9
plum

Какие темы закрепляет каждая задача

Каждая задача проверяет одно правило из уроков модуля: как создаётся объект вложенного класса и к чему он имеет доступ или как граница параметра типа ограничивает аргументы и методы. Если задача не получается, откройте раздел урока из последнего столбца — там правило объяснено на примере.

На чём чаще всего ошибаются

Чаще всего решение компилируется и даже работает на одном примере, но нарушает правило, которое задача проверяет: использует сырой тип, сравнивает числа через double или не проверяет граничные данные. Перед тем как считать задачу решённой, пройдитесь по этому списку.

• new Query() в статическом main(). Объект внутреннего класса требует объекта внешнего: user.new Query(). Если внешний объект классу не нужен, сделайте его статическим вложенным — подробнее в разделе Типичные промахи урока.
• Сырые типы. Comparable без аргумента типа или Matrix без угловых скобок отключают проверку типов. Компилируйте решения с ключом -Xlint:unchecked: в правильном решении предупреждений нет.
• Сравнение через doubleValue() вместо compareTo(). Такой MinMax не работает со строками и неверно сравнивает большие long: значения больше 2⁵³ теряют точность при преобразовании в double.
• Проверка только на «удобных» данных. Пустой массив, матрицы разного размера и деление на ноль — именно на них условия задач требуют конкретного поведения.