Лаба 09 — Generics (Узагальнені типи)

Мета

Навчитись використовувати List<T> замість масивів з ручним лічильником, і самостійно писати generic класи з параметром типу <T>. Побачити, як один клас може працювати з різними типами без дублювання коду.

Контекст

Після восьми лаб система працює, але з обмеженнями: PatientManager має фіксований масив Patient[100] і вручну керує лічильником. Remove() вимагає зсуву всіх елементів. Це ті самі "навмисні обмеження" що були в Lab 03. Настав час замінити їх на List<T>.

Крім того, клініка потребує нову функціональність — чергу очікування: пацієнти приходять, стають у чергу, і приймаються по порядку. Це окрема функція, яка природньо виражається через Queue<T>.

Гілка

git checkout main
git pull
git checkout -b feature/generics

Завдання 1 — List\: прощаємось з масивом і лічильником ⭐

Умова

PatientManager зберігає пацієнтів у Patient[] _patients з ручним int _count. Через це:

є штучне обмеження (MaxPatients = 100)
Remove() потребує ручного зсуву елементів
GetAll(), FindByName(), FindByBloodType() використовують двопрохідний паттерн

Заміни внутрішнє сховище на List<Patient>. Зовнішній API (Add, FindById, DisplayAll, Remove тощо) не змінюється — тільки внутрішня реалізація.

Що зміниться

Поле _patients — з Patient[] на List<Patient>, поле _count і константа MaxPatients зникають
Count — тепер _patients.Count
Add() — більше не перевіряє ліміт, використовує _patients.Add(...)
Remove() — замість ручного зсуву використовує _patients.RemoveAt(i)
FindByName(), FindByBloodType() — замість двопрохідного паттерну: наповнюй проміжний List<Patient> і в кінці виклич .ToArray()
GetAll() — одна пряма операція замість циклу

Підказки

List<T> — це динамічний масив зі стандартної бібліотеки. Розмір зростає автоматично при додаванні.
.Add(item) — додає в кінець. .RemoveAt(index) — видаляє за індексом і зсуває решту автоматично.
.Count — кількість елементів (аналог _count). [i] — доступ за індексом (як у масиві).
.ToArray() — повертає звичайний масив T[] зі всіх елементів List<T>.
Конструктор без параметрів new List<Patient>() — порожній список. Або new List<Patient>(capacity) якщо знаєш приблизний розмір.

📖 List<T> — Microsoft Docs

Що перевірити

Після змін поведінка системи не повинна змінитись. Запусти dotnet run — меню 1. Пацієнти працює так само, але тепер немає обмеження на 100 пацієнтів.

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`PatientManager`	`GuestManager`	`CustomerManager`	`StudentManager`	`ClientManager`	`ReaderManager`	`MemberManager`
`Patient[]` → `List<Patient>`	`Guest[]` → `List<Guest>`	`Customer[]` → `List<Customer>`	`Student[]` → `List<Student>`	`Client[]` → `List<Client>`	`Reader[]` → `List<Reader>`	`Member[]` → `List<Member>`
`_count` → `_patients.Count`	`_count` → `_guests.Count`	`_count` → `_customers.Count`	`_count` → `_students.Count`	`_count` → `_clients.Count`	`_count` → `_readers.Count`	`_count` → `_members.Count`

Коміт

git add src/Managers/PatientManager.cs
git commit -m "Lab09 Task1: replace Patient[] array with List<Patient> in PatientManager"

Завдання 2 — WaitingQueue\: власний generic клас ⭐⭐

Умова

Клініці потрібна черга очікування. Пацієнти приходять і стають у чергу (FIFO: перший прийшов — перший приймається). Це класична структура Queue<T> — але нам потрібна обгортка з зрозумілим API і захистом від помилок.

Створи generic клас WaitingQueue<T> у src/Models/WaitingQueue.cs.

Що реалізувати

Клас WaitingQueue<T> — обгортка над Queue<T> з такими членами:

int Count — кількість у черзі (тільки читання)
bool IsEmpty — чи порожня черга
void Enqueue(T item) — додати в кінець
T Dequeue() — прийняти першого (видаляє з черги); якщо порожня — кинути InvalidOperationException
T Peek() — подивитись хто перший (не видаляє); якщо порожня — кинути InvalidOperationException
T[] ToArray() — поточний стан черги у вигляді масиву (для виводу)

Підказки

Generic клас оголошується як public class WaitingQueue<T>. Використовуй T скрізь де раніше писав би конкретний тип.
Queue<T> — стандартна колекція FIFO. Enqueue — додати, Dequeue — взяти перший, Peek — подивитись на перший.
Queue<T> сама кидає InvalidOperationException при Dequeue/Peek на порожній черзі — але явна перевірка через IsEmpty дає зрозуміліше повідомлення.
Параметр <T> не накладає жодних обмежень — WaitingQueue<Patient>, WaitingQueue<Doctor>, WaitingQueue<string> — все компілюється.

📖 Queue<T> — Microsoft Docs
📖 Generic classes — Microsoft Docs

Що перевірити

Склади кілька рядків тесту в тимчасовому місці або прямо в Program.cs на початку:

WaitingQueue<string> q = new WaitingQueue<string>();
q.Enqueue("A"); q.Enqueue("B"); q.Enqueue("C");
// q.Count == 3, q.Peek() == "A", q.Dequeue() == "A", q.Count == 2

Переконайся що Dequeue на порожній черзі кидає виняток.

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`WaitingQueue<Patient>`	`WaitingQueue<Guest>`	`WaitingQueue<Customer>`	`WaitingQueue<Student>`	`WaitingQueue<Client>`	`WaitingQueue<Reader>`	`WaitingQueue<Member>`
черга на прийом	черга на заїзд	черга на столик	черга на зарахування	черга на авто	черга на книгу	черга до тренера
`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`	`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`	`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`	`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`	`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`	`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`	`Enqueue` / `Dequeue` / `Peek`

Коміт

git add src/Models/WaitingQueue.cs
git commit -m "Lab09 Task2: add generic WaitingQueue<T> over Queue<T>"

Завдання 3 — Черга в системі: нове меню ⭐⭐⭐

Умова

WaitingQueue<T> готова — тепер підключи її до реальної клініки. Додай чергу пацієнтів у Clinic і новий пункт меню "6. Черга — очікування, прийом".

Що реалізувати

Clinic.cs — нова властивість:

public WaitingQueue<Patient> WaitingRoom { get; }

Ініціалізуй у конструкторі: WaitingRoom = new WaitingQueue<Patient>().

Program.cs — новий пункт у головному меню та функція WaitingRoomMenu(Clinic clinic) з чотирма діями:

Додати пацієнта до черги (вибрати з існуючих пацієнтів за ID)
Прийняти першого (Dequeue) — вивести ім'я і кількість що залишились
Хто перший? (Peek) — показати без видалення
Переглянути всю чергу — вивести список з нумерацією

Для дій 2 і 3 використовуй try/catch на InvalidOperationException.

Підказки

WaitingRoom зберігає об'єкти Patient — тому можна одразу виводити patient.FullName.
clinic.WaitingRoom.ToArray() — отримати масив для виводу переліку черги.
Queue<T> гарантує порядок FIFO — порядок виводу в ToArray() відповідає порядку додавання.

Що перевірити

Запусти dotnet run. Відкрий 6. Черга. Додай кількох пацієнтів. Виклич "Прийняти першого" двічі — переконайся що порядок правильний (FIFO). Спробуй "Прийняти" з порожньої черги — повинно вивести повідомлення, а не крашнутись.

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`Clinic.WaitingRoom`	`Hotel.CheckInQueue`	`Restaurant.DiningQueue`	`University.EnrollmentQueue`	`CarRental.RentalQueue`	`Library.BorrowQueue`	`GymCenter.TrainingQueue`
`6. Черга — очікування, прийом`	`6. Черга — реєстрація`	`6. Черга — на столик`	`6. Черга — зарахування`	`6. Черга — на авто`	`6. Черга — на книгу`	`6. Черга — до тренера`

Коміт

git add src/Clinic.cs src/Program.cs
git commit -m "Lab09 Task3: add WaitingRoom to Clinic, add menu item 6 Черга очікування"

Завдання 4 — Repository\: generic CRUD з обмеженням типу ⭐⭐⭐⭐

Умова

WaitingQueue<T> не має обмежень — до неї можна додати будь-який тип. Іноді generic клас повинен гарантувати що T має певні властивості. Наприклад, Repository<T> потрібен метод GetById(int id) — але для цього він повинен знати що у T є поле Id.

Вирішення: constraint where T : IIdentifiable.

Що реалізувати

Interfaces/IIdentifiable.cs — новий інтерфейс:

public interface IIdentifiable
{
    int Id { get; }
}

Models/Patient.cs, Models/Doctor.cs, Models/Appointment.cs — додай : IIdentifiable до оголошення класу. Поле Id вже є — реалізація автоматична.

Managers/Repository.cs — generic клас Repository<T> where T : IIdentifiable з методами:

void Add(T item) — додати
T GetById(int id) — знайти за Id (або default! якщо не знайдено)
T[] GetAll() — всі елементи
bool Remove(int id) — видалити за Id
int Count — кількість

Внутрішньо використовуй List<T>.

Ключові питання

Що дає where T : IIdentifiable? Що буде якщо прибрати constraint і спробувати викликати item.Id?
Чим Repository<T> відрізняється від PatientManager? Коли є сенс використовувати один, коли інший?
Спробуй: Repository<Patient> repo = new Repository<Patient>(). Чи компілюється? А Repository<string>?

Підказки

where T : IIdentifiable — компілятор дозволяє звертатись до item.Id всередині класу, бо гарантовано що у T є цей член.
default! — повертає null для reference types, підходить як "не знайдено" аналогічно до null! в існуючому коді.
Repository<T> — не замінює PatientManager. Це окремий generic інструмент. PatientManager містить специфічну логіку (пошук за ім'ям, статистика) яку Repository не знає.

📖 Generic constraints — Microsoft Docs
📖 default keyword — Microsoft Docs

Що перевірити

У Program.cs (тимчасово, для перевірки):

Repository<Patient> repo = new Repository<Patient>();
// додай кількох пацієнтів через repo.Add(...)
// спробуй repo.GetById(id), repo.GetAll(), repo.Remove(id)

Переконайся що Repository<string> не компілюється — string не реалізує IIdentifiable.

Коміт

git add src/Interfaces/IIdentifiable.cs src/Managers/Repository.cs src/Models/Patient.cs src/Models/Doctor.cs src/Models/Appointment.cs
git commit -m "Lab09 Task4: add IIdentifiable, Repository<T> where T : IIdentifiable"

Перевірка перед здачею

cd src
dotnet build
dotnet run

1. Пацієнти — поведінка не змінилась, але немає ліміту на кількість
6. Черга — з'явився новий пункт у головному меню
Додати 3 пацієнтів у чергу → прийняти двох → у черзі 1
"Прийняти" з порожньої черги → повідомлення про помилку, програма не крашиться
Repository<Patient> компілюється; Repository<string> — ні
WaitingQueue<string>, WaitingQueue<int> — обидва компілюються (без constraint)

Питання для самоперевірки

В чому різниця між List<T> і T[]? Коли перевага у масиву, коли у List<T>?
Що значить <T> в оголошенні класу? Хто вказує конкретний тип — і коли?
Навіщо where T : IIdentifiable? Що дає constraint порівняно з WaitingQueue<T> без нього?
Чому WaitingQueue<T> не має constraint, а Repository<T> має? В чому принципова різниця між ними?
FIFO vs LIFO: Queue<T> або Stack<T> — для черги очікування який підходить і чому?
PatientManager тепер використовує List<Patient>. Чи є сенс замінити весь PatientManager на Repository<Patient>? Що б втратилось?

Злиття

git checkout main
git merge --no-ff feature/generics -m "Merge feature/generics: Lab09 Generics — List<T>, WaitingQueue<T>, Repository<T>"
git push

Наступна лаба: git checkout -b feature/iterators — IEnumerable<T>, yield return, IComparable<T>.