Именно, встроенные массивы в Java ковариантны — в частности, любой массив можно привести к массиву Object. Во время дизайна Java это решение было вызвано необходимостью — первая версия языка не имела дженериков aka параметрического полиморфизма, только полиморфизм подтипов, но обобщённые алгоритмы нужно было как-то писать. Как несложно продемонстрировать, это решение может привести с неприятному поведению:

class Animal {}
class Dog extends Animal {}
class Cat extends Animal {}

public class Main {
    static void put_cat(Animal animals[]) {
        animals[0] = new Cat();
    }
    public static void main(String args[]) {
        Dog dogs[] = new Dog[]{new Dog()};
        put_cat(dogs);
        Dog certainly_not_a_cat = dogs[0];
    }
}

Dog и Cat оба являются наследниками класс Animal, но не являются наследниками друг друга. Однако что происходит в этой программе, которая, между прочим, компилируется?

В первой строчки main мы создаём массив из одной собаки. Во второй строчке мы вызываем функцию put_cat. Dog[] и Animal[] — разные типы, но за счёт того, что Dog наследует Animal, первый тип массива можно привести ко второму. В функции put_cat единственный элемент типа Animal перезаписывается значением типа Cat — это легально, так как Cat наследует Animal. В третьей строчке мы достаём собаку из массива собак... Только это уже кошка.

Получается, мы привели значение одного типа (Cat) к значению совершенно другого типа (Dog). Более того, используя Object[], мы можем менять тип у любого значения на любой произвольный! Тем не менее, эта программа компилируется. Разве эта проблема не из числа тех, от которых нас должна защищать система типов?!

Разумеется, на самом деле подобный котд в Java не работает — если запустить программу выше, то она упадёт с исключением:

Exception in thread "main" java.lang.ArrayStoreException: Cat
at Main.put_cat(Main.java:7)
at Main.main(Main.java:11)

Именно для того, чтобы избежать подобных проблем, JVM делает дополнительную работу в рантайме. Именно, она хранит для массивов, какой тип реально там хранится и при присваивании элемента массива сверяет этот тип с типом того, что присваивается, и бросает исключение, если эти типы несовместимы. КАЖДОЕ. ПРИСВАИВАНИЕ. В МАССИВ. Мало того, что система типов нам наврала — это ещё и даёт лишний оверхед на проверку в рантайме для программы, в которой, по хорошему, такого поведения вообще не должно быть! И в C#, авторы которого на первых порах старательно копировали Java, утащили в язык и этот недостаток (который Эрик Липперт считает самой большой ошибкой в C#).

После появления дженериков в обоих языках эту дыру прикрыли. Именно, ArrayList<T> в Java и List<T> в C# инвариантны по типу элементов. Если поменять в программе массивы на ArrayList:

import java.util.ArrayList;

class Animal {}
class Dog extends Animal {}
class Cat extends Animal {}

public class Main {
    static void put_cat(ArrayList<Animal> animals) {
        animals.set(0, new Cat());
    }

    public static void main(String args[]) {
        var dogs = new ArrayList<Dog>();
        dogs.add(new Dog());
        put_cat(dogs);
        Dog certainly_not_a_cat = dogs.get(0);
    }
}

, то компилятор не пропустит программу:

Main.java:15: error: incompatible types: ArrayList<Dog> cannot be converted to ArrayList<Animal>
put_cat(dogs);

Можем ли мы сделать ковариантные коллекции? Можем. Но, как мы помним, сеттер для мутабельной переменной контравариантный по принимаемому типу. Значит, для того, чтобы оставить только ковариантность, нужно выкинуть сеттер — или, иными словами, сделать коллекции с операциями только для чтения. По не вполне понятным причинам в Java из коробки нет вменяемых неизменяемых коллекций (те, что кидают исключение на изменяющие операции — не вменяемые), поэтому продемонстрирую на примере C#:

using System.Collections.Generic;

class Animal {}
class Dog: Animal {}
class Cat: Animal {}

class Program
{
    static void put_cat(IReadOnlyList<Animal> animals) {
        animals[0] = new Cat();
    }

    static void Main() {
        var dogs = new Dog[]{new Dog()};
        put_cat(dogs);
        var certainly_not_a_cat = dogs[0];
    }
}

Программа не компилируется — компилятор жалуется на строчку в put_cat:

/home/Program.cs(10,9): error CS0200: Property or indexer 'IReadOnlyList<Animal>.this[int]' cannot be assigned to -- it is read only [/home/home.csproj]

Что ж, это победа: мы победили козни ковариантности, уничтожив его гнусного прислужника — мутабельность! Ковариантность и мутабельность плохо сочетаются, и иметь их по отдельности — это ультимативное решение проблемы.

...Или нет?

Давайте немного поговорим о том, почему вообще присваивание Cat в массив из Animal является небезопасным. Очевидно, в самой функции put_cat у нас есть доступ только к набору значений Animal — без явного каста привести их к какому-то точному типу мы не можем. С другой стороны, Cat апкастится к Animal, который вроде как вполне можно положить в массив Animal. Внутри put_cat никаких проблем нет!

Что действительно является проблематичным — так это dogs на вызывающей стороне. Именно, тип Dog[] апкастится до Animal[] при вызове put_cat — но после вызова put_cat переменная dogs всё ещё доступна! Вызывающая сторона помнит более точный тип dogs, и потому может увидеть, что туда положили Animal, который не обязательно является Dog.

С другой стороны, что, если про изначальный массив dogs мы просто... Забудем? В этом случае мы можем перезаписать значение типом, отличным от изначального — но это нормально, потому что этого всё равно никто не увидит! Таким образом, выкинув последнюю строку из main, мы получим вполне себе нормальную программу с вменяемой семантикой... Которая всё равно будет кидать ArrayStoreException. И это вполне понятно: для того, чтобы определить, что put_cat — безопасная функция, нужно удостовериться, что массив до апкаста после вызова нигде не используется (массив после апкаста можно и сохранить, он не может привести к проблемам). Это требование, однако, никак не выражено в типах, и потому компилятор не может его проверить — иными словами, компилятор не может проверить, что аргумент put_cat не пересекается (или, выражаясь жаргоном, не алиасится) с другими переменными. Вот бы был способ сказать компилятору, что на данное значение ссылается одно и только одно имя... Звучит знакомо?

Если вы помните мой пересказ серии статей Oxidizing OCaml, то там был упомянут strong function update — апдейт поля значением иного типа. Как я писал, сделать это in-place возможно только тогда, когда текущее имя уникально ссылается на значение — в противном случае код может по старому имени прочитать значение нового типа как значение старого типа. Апкаст от Dog[] до Animal[], очевидно, меняет тип, и если мы не хотим копировать значения просто для избегания ломающего систему типов поведения — а мы не хотим — то мы должны удостовериться, что после получения значения типа Animal[] значение типа Dog[] более недоступно — или, иными словами, апкаст сохраняет уникальность ссылки. Если нам получится каким-то образом это сделать, то компилятор сможет дать нам нужную ошибку: именно, указать на то, что dogs используется, не смотря на то, что уникальность была передана.

К сожалению, одной лишь уникальности недостаточно для обеспечения корректности — нужны ещё линейные (или хотя бы афинные) аннотации на значениях для корректной обработки замыканий, захватывающих уникальные ссылки, что уже довольно сильно влияет на систему типов. Так что такое развитие мы навряд ли увидим в Java — как и в любом языке на JVM, в котором с Java есть интероп.

Также подход с readonly-колекциями одновременно избыточен и недостаточен... Но об этом, пожалуй, в другой раз.

Годовые итоги. Лично я плакала больше всех.

Гоните его, насмехайтесь над ним

UPD (24.12.2023): знакомый нашёл жильё. Спасибо, помощь больше не требуется.

Здравствуйте, дорогие подписчики. Конкретно сегодня я обращаюсь к тем из вас, кто живёт в Украине. Сегодня одного моего знакомого, который живёт в Киеве, выгнали из дома родители. Это не в первый раз, но теперь знакомый даже не планирует возвращаться. Сейчас он оперативно ищет жильё — желательно в Киеве или в окрестностях. У него сейчас есть место лишь на несколько дней. Планирует оставаться на продолжительный срок, готов оплачивать арендную плату и коммуналку, самому платить за свою еду. В идеале ищет сожителя.

Если кто-то может помочь — пишите ему в личку: @QoiAA.

Репосты желательны.

...

(#kbd)

...

(#kbd)

#itsec #suckassstory

😒🤚 Сотка сдачей
😏👉 Сотка с дачей

С рождеством, что ли