Generics – Parte I

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Graças ao polimorfismo e a paternidade da classe Object sobre todos os objetos do .Net Framework sempre foi possível criar recursos genéricos...

Olá a todos.

Graças ao polimorfismo e a paternidade da classe Object sobre todos os objetos do .Net Framework sempre foi possível criar recursos genéricos. Usando esta façanha é possível criar métodos que recebem qualquer coisa e através de tratamentos específicos tratar cada objeto de acordo com o seu tipo.

O primeiro efeito colateral deste método é o excessivo uso de casts sobre ojects. Depois disso temos um incontável número de operações de boxing e unboxing para valores de tipos primitivos como int, float e bool. O polimorfismo é uma ótima ferramenta, mas o preço nem sempre foi agradável.

Generics é um recurso proposto para resolver este, além de outros problemas com mecanismos genéricos, de forma elegante. A proposta deste artigo é iluminar o caminho dos desavisados e esclarecer o daqueles que ainda pisam torto, apresentando-lhe de forma rápida e prática esta preciosa ferramenta. Mas antes, lhes convido a revisar alguns conceitos.

Revisando o Polimorfismo

O polimorfismo é uma gigantesca palavra pra um conceito muito simples. Seguindo a moda dos professores mais tradicionais, polimorfismo significa “muitas formas”. Alguns programadores (e até mesmo professores) confundem sobrecarga e sobreposição de métodos com polimorfismo, provavelmente por causa do seu significado literal. Mas o conceito de polimorfismo não tem nada a ver com métodos.

Se por um instante deixarmos de lado a analogia de herança com paternidade (Classe Pai e Classe Filho) e enxergássemos a relação de extensão da classe base, resultando na derivada, facilita um pouco a explicação para o verdadeiro significado do polimorfismo. Veja: Um Carro é sempre um Carro e o fato de ser um Carro não muda independente de que tipo de Carro ele seja. Um Carro de Fórmula 1 continua sendo um Carro apesar da grande diferença que ele tem de um carro de passeio.

Nosso cérebro tem o costume de classificar tudo ao nosso redor assim como a orientação a objetos funciona. Se ouvíssemos uma ordem para ligar o Carro, obedeceríamos independente de estarmos sentados num carro de passeio ou num carro de Fórmula 1 (considerando que fôssemos capazes de fazê-lo).

O polimorfismo é a imitação desse comportamento do nosso cérebro. Se um método “Ligar” que espera como argumento uma instancia de um objeto da classe Carro fosse invocado recebendo uma instancia de um objeto da classe CarroPasseio, ele o receberia sem indicar qualquer problema, e o faria igual se o objeto recebido fosse uma instancia da classe CarroFormula1.

No fundo a grande verdade por trás da palavra Polimorfismo é que ela não trata de um recurso a ser implementado no sistema, mas sim uma propriedade da plataforma. A plataforma .Net permite o polimorfismo, assim como as outras plataformas atuais, e isso significa que elas tem a propriedade de reconhecer um objeto de uma classe derivada como uma instância de sua classe base, ou seja, se o receptor espera Carro, qualquer objeto de qualquer classe derivada de Carro será aceito e, por fim, o ponto exato onde eu pretendia chegar com esse papo de polimorfismo: Se o receptor espera Object, qualquer objeto de qualquer classe derivada de Object será aceito, e no .Net todos os objetos são herdeiros de object, direta ou indiretamente, explícita ou implicitamente.

Revisando o Encapsulamento

De tudo o que generics afetou, o encapsulamento (além do polimorfismo) é onde sua atuação é mais notável. Ou pelo menos foi nos meus projetos.

Prega o conceito de encapsulamento que um artifício seja plenamente responsável pelo que lhe é atribuído e, por isso, precisa deter autonomia sobre o processo de seu propósito. Traduzindo, um objeto não pode depender de objetos externos para que funcione e funcione bem. O mesmo acontece com métodos, propriedades, etc.

    public class Pessoa

    {

        public string Nome;

        public int Idade;

    }

De acordo com o encapsulamento, esta classe está mal-encapsulada. Isto por que o membro público Idade é um int (int é um inteiro de 32bits no .Net, o que lhe permite armazenar valores próximos a 2 bilhões acima ou abaixo de zero). Pelo encapsulamento, a classe pessoa deve possuir autonomia sobre seus membros invés de depender de algum objeto externo para controlá-los.

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Sendo assim, para aplicarmos\no encapsulamento sobre a classe Pessoa, deveríamos transformar seus membros em\nPropriedades e usar a inteligência dos getters e setters para este fim.

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public class Pessoa

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{

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        \nprivate string nome;

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        \nprivate int idade;

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        \npublic string Nome

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        \n{

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                  \nget{ return nome; }

\n\n

                  \nset

",1] ); //--> Se eu sou capaz de colocar um valor -1 na Idade da pessoa, então serei forçado a implementar a validação feita de fora. Mas se eu aplicasse o encapsulamento não teria este problema.

Sendo assim, para aplicarmos o encapsulamento sobre a classe Pessoa, deveríamos transformar seus membros em Propriedades e usar a inteligência dos getters e setters para este fim.

    public class Pessoa

    {

        //Fields tornam a ser privates

        private string nome;

        private int idade;

 

        //E propriedades públicas, implementando

        //a inteligência dos getters e setters cuidam

        //do encapsulamento da inteligência

        public string Nome

        {

            get { return nome; }

            set

            {

                if (!string.IsNullOrEmpty(value))

                    nome = value;

                else

                    throw new InvalidNameException();

            }

        }

        public int Idade

        {

            get { return idade; }

            set

            {

                if (value > 0 && value < 90)

                    idade = value;

                else

                    throw new InvalidAgeException();

            }

        }

    }

Desta forma, o encasulamento aplicado à classe Pessoa torna eficiente a atribuição de Nome, não permitindo valores vazios ou nulos, e de Idade, não permitindo valores inválidos, menores que 0 ou maiores que 90.

Um problema complicado de se resolver aplicando encasulamento são coleções. Vamos supor que a classe Pessoa possua uma Coleção de Pessoas num membro chamado Filhos.

    public class Pessoa

    {

        private ArrayList Pessoas;

    }

O encasulamento para este membro não pode ser feito através de um ArrayList pois ArrayList é uma collection de Objects e, como foi revisto no Polimorfismo, podem receber qualquer coisa que for passado, no entanto nós queremos agrupar somente pessoas.

Se fizéssemos isto:

    public class Pessoa

    {

        private ArrayList pessoas;

        public ArrayList Pessoas

        {

            get { return pessoas; }

            set { pessoas = value; }

        }

    }

Nossa classe estaria muito mal-encapsulada por vários motivos:

1. publicar o “set” permitiria que alguém executasse o seguinte código:

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        \nobjPessoa.Pessoas \u003d new ArrayList();

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        \n

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        \nIsto é uma falha de segurança, pois se houverem pessoas no ArrayList interno,\nelas serão simplesmente esquecidas. O ArrayList deveria ser construído\ninternamente através de um construtor.

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2. publicar a\npropriedade Pessoas como um ArrayList permitiria que alguém executasse o\nseguinte código:

\n\n

        \nobjPessoa.Pessoas.Add(new Pedido());

\n\n

 

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        \nPode parecer estupidez que alguém faça isto, mas a idéia é prevenir pra não ter\nque remediar. Isto além de ser contra as regras ainda iria causar uma\nInvalidCastException num foreach qualquer. O ArrayList deve ser alimentado\ninternamente.

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Conclusão, o ArrayList\nnão deve ser publicado.

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",1] ); //-->

            objPessoa.Pessoas = new ArrayList();

Isto é uma falha de segurança, pois se houverem pessoas no ArrayList interno, elas serão simplesmente esquecidas. O ArrayList deveria ser construído internamente através de um construtor.

2. publicar a propriedade Pessoas como um ArrayList permitiria que alguém executasse o seguinte código:

            objPessoa.Pessoas.Add(new Pedido());

Pode parecer estupidez que alguém faça isto, mas a idéia é prevenir pra não ter que remediar. Isto além de ser contra as regras ainda iria causar uma InvalidCastException num foreach possivelmente seria usado numa operação que envolveria todas as Pessoas do ArrayList. O ArrayList deve ser alimentado internamente.

Conclusão, o ArrayList não deve ser publicado.

Solução:

    public class Pessoa

    {

        private ArrayList pessoas;

        public Pessoa[] Pessoas

        {

            get { return (Pessoa[])pessoas.ToArray(typeof(Pessoa)); }

        }

        public void AddPessoa(Pessoa Pessoa)

        {

            pessoas.Add(Pessoa);

        }

    }

Desta forma, a propriedade Pessoas não possui “set” e devolverá um array comum (Pessoa[]) invés da instância de uma ArrayList. E para fazer inclusão na collection, o método AddPessoa foi criado, recebendo apenas um parâmetro do tipo Pessoa. Com isto, encapsulamos a inteligência de administrar a coleção de Filhos dentro da classe Pessoa.

Generics

Generics é a capacidade de criar membros, classes ou qualquer outro tipo de recurso usando um artifício Genérico que só será especificado na hora de consumí-lo.

Um bom exemplo de uma implementação de Generics é o seguinte:

    public class Envelope<T>

    {

        private string destinatario;

        private T conteudo;

        public string Destinatario

        {

            get { return destinatario; }

            set { destinatario = value; }

        }

        public T Conteudo

        {

            get { return conteudo; }

            set { conteudo = value; }

        }

    }

A classe acima é um envelope que armazena um objeto do tipo T (usando generics para dizer que o Tipo só será especificado na hora de consumir a classe) para transportar determinados objetos pelo sistema.

Assim, eu posso criar envelopes que guardem o que eu quiser simplesmente usando o template T.

            Envelope<Pessoa> envPessoa = new Envelope<Pessoa>();

Com isto, meu envPessoa terá um membro chamado Conteudo do tipo Pessoa.

            envPessoa.Conteudo = new Pessoa();

            Pessoa pessoa = envPessoa.Conteudo;

Observe que a segunda linha não precisou fazer um cast. Isto porque o uso de Generics diz ao compilador que o que ele encontrará é de fato um objeto do tipo Pessoa.

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Herança com Generics

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\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d

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Observe a seguinte classe:

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public class EnvelopePessoa : Envelope<Pessoa>

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{

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}

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Ela não tem nada implementada, senão uma herança da\nclasse Envelope, mas observe: na herança ela especifica um tipo no template T.\nO tipo Pessoa.

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Com isto, se mudarmos a declaração do nosso\nenvPessoa para:",1] ); //-->

Herança com Generics

Observe a seguinte classe:

    public class EnvelopePessoa : Envelope<Pessoa>

    {

    }

Ela não tem nada implementada, senão uma herança da classe Envelope, mas observe: na herança ela especifica um tipo no template T. O tipo Pessoa.

Com isto, se mudarmos a declaração do nosso envPessoa para:

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EnvelopePessoa\nenvPessoa \u003d new EnvelopePessoa();

\n\n

 

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As duas linhas a seguir continuarão funcionando\nperfeitamente.

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envPessoa.Conteudo \u003d new Pessoa();

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Pessoa pessoa \u003d envPessoa.Conteudo;

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\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d\u003d

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As classes do .Namespace\nSystem.Collections.Generics

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\n\n

 

\n\n

Para melhorar ainda\nmais nossa situação, a Microsoft já disponibilizou algumas classes prontas que\nimplementam Generics.",1] ); //-->

            EnvelopePessoa envPessoa = new EnvelopePessoa();

As duas linhas a seguir continuarão funcionando perfeitamente.

            envPessoa.Conteudo = new Pessoa();

            Pessoa pessoa = envPessoa.Conteudo;

As classes do .Namespace System.Collections.Generics

Para melhorar ainda mais nossa situação, a Microsoft já disponibilizou algumas classes prontas que implementam Generics.

\n\n

Uma delas é o\nList<> (System.Collections.Generics.List<>).

\n\n

O List<> é um substituto\npara o ArrayList() que permite que você especifique um tipo para ser armazenado\nna coleção, de forma que uma vez estipulado um tipo (string por exemplo) o List\nnão permitirá inclusão de tipos diferentes (int ou bool, por exemplo).

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       \nList<string> Strings \u003d new List<string>();

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       \nStrings.Add("eu sou uma string"); //Valido

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       \nStrings.Add(true); //Erro de compilação

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       \nStrings.Add(1); ",1] ); //-->

Uma delas é o List<> (System.Collections.Generic.List<>).

O List<> é um substituto para o ArrayList que permite que você especifique um tipo para ser armazenado na coleção, de forma que uma vez especificado (string por exemplo) o List<> não permitirá inclusão de tipos diferentes (int ou bool, por exemplo).

            List<string> Strings = new List<string>();

            Strings.Add("eu sou uma string"); //Valido

            Strings.Add(true); //Erro de compilação

            Strings.Add(1); //Erro de compilação

Observe que Generics barra, dando um erro logo na compilação, de forma que voce não corre o risco de ter surpresas desagradáveis em RunTime.

Resolvendo o problema da Collection de Pessoa com Generics

Lembra-se da classe:

    public class Pessoa

    {

        private ArrayList pessoas;

        public Pessoa[] Pessoas

        {

            get { return (Pessoa[])pessoas.ToArray(typeof(Pessoa)); }

        }

        public void AddPessoa(Pessoa Pessoa)

        {

            pessoas.Add(Pessoa);

        }

    }

Tivemos um certo trabalho para aplicar o encapsulamento (nem é tanto trabalho assim, mas quando se mexe num sistema enorme...).

Observe como ficaria nossa classe com o uso de Generics:

    public class Pessoa

    {

        private List<Pessoa> pessoas;

        public List<Pessoa> Pessoas

        {

            get { return pessoas; }

        }

    }

Observe que o método AddPessoa foi removido e que o tipo retornado pela propriedade Pessoas é um List<Pessoa>.

Isto por que para adicionar uma nova pessoa basta:

            objPessoa.Pessoas.Add(new Pessoa());

E se o tipo enviado no método Add for diferente de pessoa, o compilador irá indicar um erro.

Quanto à Propriedade ser do tipo List<Pessoa> é simples. Se retornasse um ArrayList (como antes) seria necessário fazer um cast em cada elemento para pegar os objetos Pessoa no List. Já com o List<Pessoa> isso não é necessário.

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Dicas avançadas

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Lembra-se do Envelope?

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Digamos que você quer criar um envelope cujo\nconteúdo seja sempre uma Pessoa.

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Nosso EnvelopePessoa resolve este problema.

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Qualquer outro tipo de envelope pode ser criado\nsimplesmente herdando do inicial e aplicando o tipo no template T. Assim você\npode criar StringEnvelope, IntEnvelope e ExceptionEnvelope.

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Porém, por alguma razão, você quer limitar que\napesar de tudo você quer limitar que o template T só poderá ser qualquer tipo\nque herde de Pessoa.

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Bem, manter o EnvelopePessoa resolve o problema, mas\nse for um objeto de uma classe herdada de Pessoa, vc terá de fazer um cast.\nEntão você vai querer aproveitar o recurso de herança com Generics. Mas como\ngarantir que somente uma subClasse de pessoa seja aceita?",1] ); //-->

Em breve mostrarei a vocês Dicas Avançadas sobre Generics e falarei de outras classes do namespace System.Collections.Generic. Mas espero ter dado um bom material de leitura para todos vocês.

Obrigado a todos.

Namaste.

 
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