11.10 Typsichere Datenstrukturen

Die älteren Datenstrukturen Vector, Stack und Hashtable sowie die neuen aus der Collection-API haben einen großen Nachteil, den C++-Freunde an Java bemängeln. Die Elemente der Datenstrukturen sind immer vom Typ Object, und Typsicherheit über Templates, wie C++ sie bietet, ist bisher nicht vorgesehen. In der nächsten Java-Generation 1.5 werden generische Typen in die Sprache Einzug halten; ein Compiler mit generischen Typen ist bei Sun verfügbar. Das Vorhaben wird genauer in der Java Specification Requests 14, »Add Generic Types To The Java Programming Language«, beschrieben.

Eine vollständige Kapselung

Um die Nimm-alle-Objekte-auf-Datenstrukturen so anzupassen, dass nur bestimmte Elemente eingefügt und herausgenommen werden dürfen, gibt es mehrere Ansätze. Eine Lösung wäre die interne Benutzung einer allgemeinen Datenstruktur für beliebige Objektreferenzen und die entsprechende Delegation an genau diese Datenstruktur. Das wäre etwa für eine verkettete Liste von Socken:

class SockenListe
{
  private LinkedList l;

  public void add( Socke s )
  {
    l.add( s );
  }
  ...
}

Diese Technik hat den großen Vorteil, dass sie wirklich nur Elemente vom Typ Socke akzeptiert, dabei aber auch den Nachteil, dass wir

alle Methoden neu implementieren müssen und die Anfragen an die allgemeine Liste delegieren und

dass SockenListe nicht mehr als Liste durchgeht - Collection implementieren macht keinen Sinn, die Typen müssen dann Object sein - und keine der Methoden, etwa von Collections, anwendbar ist. SockenListe hat ja nichts mehr mit den Schnittstellen gemeinsam.

Durch diese Nachteile lässt sich eine typsichere Liste nicht im großen Stil verwirklichen, insbesondere, da wir viel zu programmieren haben.

Unterklassen bilden

Eine andere einfache Lösung besteht in der Implementierung einer Unterklasse, die dann die kritischen Methoden mit den Eingabe- und Ausgabeparametern implementiert und die alten Methoden mit dem Parameter- beziehungsweise Ergebnis-Typ Object ausschaltet. So kann etwa add() eine UnsupportedOperationException auswerfen, um anzuzeigen, dass Object nicht erlaubt ist. Leider ist die Überprüfung nur auf Laufzeitebene möglich, und dies ist meistens nicht erwünscht.

class SockenListe extends LinkedList
{
  public void add( Object o )
  {
    throw new UnsupportedOperationException( "No add. Only Socks" );
  }
  public void add( Socke e )
  {
    super.add( o );
  }
}

Eine SockenList ist nun auch eine Form der Liste und genießt somit alle Funktionalität aus der Collection-Klasse. Doch immer noch können beliebige Objekte einem add() übergeben werden. Der Compiler merkt dies nicht; die Rechnung kommt später durch eine Laufzeit-Exception.

Problematischer ist die Unterklassenbildung jedoch bei den Anfrage-Funktionen. Sie müssten den Typ Socke liefern, doch Java erlaubt es (bisher) nicht, dass eine Klasse eine Funktion mit einem anderen Rückgabetyp überschreibt. Das müsste hier aber gemacht werden: SockenListe müsste bei get(int index) den Typ Socke liefern, aber nicht Object. Die einzige Lösung wäre eine zweite Funktion getSocke(int index), aber dann haben wir natürlich wieder eine ganz andere Schnittstelle. Ein Teufelskreis!

Einen typsicheren Iterator für den Zugriff

Unter Umständen muss auch gar nicht die gesamte Schnittstelle typsicher sein, sondern es reicht ein eigener Iterator, der Objekte eines gewissen Typs liefert. Dann lässt sich intern eine Standarddatenstruktur mit allgemeinem Typ verwenden, die nach außen über einen eigenen Iterator den gewünschten Typ zurückgibt.

Nehmen wir an, wir wollten einen Iterator DateIterator für java.util.Date-Objekte implementieren, damit er die in einer java.util.ArrayList gespeicherten Datums-Objekte vom Typ Date nach außen weitergibt. Der Iterator könnte dann die Methode hasNext() wie bekannt implementieren und auch next(). Doch bei next() ist es wichtig, darauf zu achten, dass der Rückgabetyp nicht Object ist, sondern Date. Damit fällt leider auch eine wichtige Schnittstelle aus, denn java.util.Iterator kann der DateIterator nicht mehr implementieren, denn Iterator schreibt Object als Rückgabetyp vor. Damit haben wir Typsicherheit gewonnen, können aber leider nicht mehr über die bekannte Schnittstelle gehen.