Преобразование типов

Преобразование ссылочных типов (расширение и сужение)

Переходим к ссылочным типам. Преобразование объектных типов лучше всего иллюстрируется с помощью дерева наследования. Рассмотрим небольшой пример наследования:

// Объявляем класс Parent
class Parent {
   int x;
}

// Объявляем класс Child и наследуем
// его от класса Parent
class Child extends Parent {
   int y;
}

// Объявляем второго наследника
// класса Parent - класс Child2
class Child2 extends Parent {
   int z;
}

В каждом классе объявлено поле с уникальным именем. Будем рассматривать это поле как пример набора уникальных свойств, присущих некоторому объектному типу.

Три объявленных класса могут порождать три вида объектов. Объекты класса Parent обладают только одним полем x, а значит, только ссылки типа Parent могут ссылаться на такие объекты. Объекты класса Child обладают полем y и полем x, полученным по наследству от класса Parent. Стало быть, на такие объекты могут указывать ссылки типа Child или Parent. Второй случай уже иллюстрировался следующим примером:

Parent p = new Child();

Обратите внимание, что с помощью такой ссылки p можно обращаться лишь к полю x созданного объекта. Поле y недоступно, так как компилятор, проверяя корректность выражения p.y, не может предугадать, что ссылка p будет указывать на объект типа Child во время исполнения программы. Он анализирует лишь тип самой переменной, а она объявлена как Parent, но в этом классе нет поля y, что и вызовет ошибку компиляции.

Аналогично, объекты класса Child2 обладают полем z и полем x, полученным по наследству от класса Parent. Значит, на такие объекты могут указывать ссылки типа Child2 или Parent.

Таким образом, ссылки типа Parent могут указывать на объект любого из трех рассматриваемых типов, а ссылки типа Child и Child2 - только на объекты точно такого же типа. Теперь можно перейти к преобразованию ссылочных типов на основе такого дерева наследования.

Расширение означает переход от более конкретного типа к менее конкретному, т.е. переход от детей к родителям. В нашем примере преобразование от любого наследника ( Child, Child2 ) к родителю ( Parent ) есть расширение, переход к более общему типу. Подобно случаю с примитивными типами, этот переход производится самой JVM при необходимости и незаметен для разработчика, то есть не требует никаких дополнительных усилий, так как он всегда проходит успешно: всегда можно обращаться к объекту, порожденному от наследника, по типу его родителя.

Parent p1=new Child();
Parent p2=new Child2();

В обеих строках переменным типа Parent присваивается значение другого типа, а значит, происходит преобразование. Поскольку это расширение, оно производится автоматически и всегда успешно.

Обратите внимание, что при подобном преобразовании с самим объектом ничего не происходит. Несмотря на то, что, например, поле y класса Child теперь недоступно, это не означает, что оно исчезло. Такое существенное изменение структуры объекта невозможно. Он был порожден от класса Child и сохраняет все его свойства. Изменился лишь тип ссылки, через которую идет обращение к объекту. Эту ситуацию можно условно сравнить с рассматриванием некоего предмета через подзорную трубу. Если перейти от трубы с большим увеличением к более слабой, то видимых деталей станет меньше, но сам предмет, конечно, никак от этого не изменится.

Следующие преобразования являются расширяющими:

• от класса A к классу B, если A наследуется от B (важным частным случаем является преобразование от любого ссылочного типа к Object );
• от null -типа к любому объектному типу.

Второй случай иллюстрируется следующим примером:

Parent p=null;

Пустая ссылка null не обладает каким-либо конкретным ссылочным типом, поэтому иногда говорят о специальном null -типе. Однако на практике важно, что такое значение можно прозрачно преобразовать к любому объектному типу.

С изучением остальных ссылочных типов (интерфейсов и массивов) этот список будет расширяться.

Обратный переход, то есть движение по дереву наследования вниз, к наследникам, является сужением. Например, для рассматриваемого случая, переход от ссылки типа Parent, которая может ссылаться на объекты трех классов, к ссылке типа Child, которая может ссылаться на объекты лишь одного из трех классов, очевидно, является сужением. Такой переход может оказаться невозможным. Если ссылка типа Parent ссылается на объект типа Parent или Child2, то переход к Child невозможен, ведь в обоих случаях объект не обладает полем y, которое объявлено в классе Child. Поэтому при сужении разработчику необходимо явным образом указывать на то, что необходимо попытаться провести такое преобразование. JVM во время исполнения проверит корректность перехода. Если он возможен, преобразование будет проведено. Если же нет - возникнет ошибка.

Parent p=new Child();
Child c=(Child)p;   
   // преобразование будет успешным.
Parent p2=new Child2();
Child c2=(Child)p2;   
   // во время исполнения возникнет ошибка!

Чтобы проверить, возможен ли желаемый переход, можно воспользоваться оператором instanceof:

Parent p=new Child();
if (p instanceof Child) {
   Child c = (Child)p;
}
Parent p2=new Child2();
if (p2 instanceof Child) {
   Child c = (Child)p2;
}
Parent p3=new Parent();
if (p3 instanceof Child) {
   Child c = (Child)p3;
}

В данном примере ошибок не возникнет. Первое преобразование возможно, и оно будет осуществлено. Во втором и третьем случаях условия операторов if не сработают и попыток некорректного перехода не будет.

На данный момент можно назвать лишь одно сужающее преобразование:

• от класса A к классу B, если B наследуется от A (важным частным случаем является сужение типа Object до любого другого ссылочного типа).

С изучением остальных ссылочных типов (интерфейсов и массивов) этот список будет расширяться.

Преобразование к строке

Это преобразование уже не раз упоминалось. Любой тип может быть приведен к строке, т.е. к экземпляру класса String. Такое преобразование является исключительным в силу того, что охватывает абсолютно все типы, в том числе и boolean, про который говорилось, что он не может участвовать ни в каком другом приведении, кроме тождественного.

Напомним, как преобразуются различные типы.

• Числовые типы записываются в текстовом виде без потери точности представления. Формально такое преобразование происходит в два этапа. Сначала на основе примитивного значения порождается экземпляр соответствующего класса-"обертки", а затем у него вызывается метод toString(). Но поскольку эти действия снаружи незаметны, многие JVM оптимизируют их и преобразуют примитивные значения в текст напрямую.
• Булевская величина приводится к строке "true" или "false" в зависимости от значения.
• Для объектных величин вызывается метод toString(). Если метод возвращает null, то результатом будет строка "null".
• Для null -значения генерируется строка "null".

Запрещенные преобразования

Не все переходы между произвольными типами допустимы. Например, к запрещенным преобразованиям относятся: переходы от любого ссылочного типа к примитивному, от примитивного - к ссылочному (кроме преобразований к строке). Уже упоминавшийся пример - тип boolean - нельзя привести ни к какому другому типу, кроме boolean (как обычно - за исключением приведения к строке). Затем, невозможно привести друг к другу типы, находящиеся не на одной, а на соседних ветвях дерева наследования. В примере, который рассматривался для иллюстрации преобразований ссылочных типов, переход от Child к Child2 запрещен. В самом деле, ссылка типа Child может указывать на объекты, порожденные только от класса Child или его наследников. Это исключает вероятность того, что объект будет совместим с типом Child2.

Этим список запрещенных преобразований не исчерпывается. Он довольно велик, и в то же время все варианты достаточно очевидны, поэтому подробно рассматриваться не будут. Желающие могут получить полную информацию из спецификации.

Разумеется, попытка осуществить запрещенное преобразование вызовет ошибку компиляции.