OOMPA 2D1359 Föreläsning 8

OOMPA 2D1359 Föreläsning 8 Innehåll Arv, polymorfi och gränssnitt Arv Subtyp, ersättbarhet Olika former av arv Polymorfi Abstrakta klasser och gränssnitt - 1 - Arv l Arv är fundamentalt i objektorienterad programmering För att ett språk skall kallas objektorienterat så måste arv ingå som en möjlig väg att återanvända kod och beskrivningar I programspråksammanhang låter vi subklasser ärva både struktur och attribut från superklasser Shape l dvs både variabler och metoder ärvs A position : Point bounds() :Rectangle draw() : void extent() : Point B E C D - 2 - Shape1 extent : Point draw() : void Shape2 extent : Point draw() : void 1

..arv l Arv kan delas in i två huvudtyper Arv för specifikation l dvs arv av protokoll Arv av kod l dvs arv av beteende och struktur l Arv kan vara av olika typ Generalisering (eng. extension) l subklassen är rikare än, eller en utvidgning av, superklassen Specialisering (eng. specialisation) l sunbklassen är mer specialiserad än, eller ett specialfall av, superklassen l Arv är transitivt Om A superklass till B och B superklass till C så ärver C attribut och beteende från både B och C - 3 - Javas basklass Object l Klassen Object är överst i Javas klassträd Object equals(obj : Object) : boolean tostring() : String getclass() : String Klassen Object med några subklasser och några viktiga metoder Boolean Number String Graphics Component Byte Integer Button Label Container - 4 - Window Panel 2

Subklass, subtyp och ersättbarhet l Abstrakt datatyp Är en inkapsling av data och dom metoder som opererar på dessa data l Subtyp En viss typ A är subtyp till en annan typ B omm A åtminstone erbjuder samma beteende som A och att A kan användas överallt där B kan användas utan att någon skillnad kan observeras l Subklass En subklass ärver struktur och beteende från sina superklasser En subklass kan berika, inskränka eller förändra det ärvda beteendet från sina superklasser l Ersättbarhet Ett objekt av typ A som är subtyp till typen B kan användas som om det vore av typ B eftersom det åtminstone uppvisar B:s beteende - 5 - Olika former av arv l Arv för specialisering subklassen är ett specialfall av superklassen, dvs subklassen är en subtyp till superklassen l En Tandemcykel är en speciell sorts Cykel l Arv för specifikation Superklassen specificerar beteende som inte är implementerat i superklassen men måste implementeras i dess subklasser l Ett Fordon specificerar en Bil och Cykel l Arv för konstruktion Subklassen utnyttjar superklassens beteende men är inte subtyp till superklassen l En FigurGrupp kan implementeras mha av en Vector - 6-3

... l Arv för utvidgning Subklassen lägger till ny funktionalitet i förhållande till superklassen men förändrar inte existerande beteende l En Egenskapslista kan implementeras genom att utvidga en HashTable (en hashad tabell med nyckel/värde-par) l Arv för begränsning Subklassen inskränker superklassens beteende l En MängdKlass kan implementeras som en "inskränkt" Vector l Arv för kombination Subklassen ärver från mer än en superklass l En Amfibiebil kan implementeras genom att kombinera en Bil med en Båt - 7 - Exempel: olika typer av arv Arv för specialisering Ellipse Circle Win95Window Window MacWindow Arv för specifikation MotorLandVehicle tank engine wheels() speed() Car Bike Lorry MotorCycle - 8-4

... Arv för konstruktion Arv för utvidgning Arv för begränsning Polyline Vector Circle Vector Cartoon Stack Ellipse Set Arv för kombination Collection GraphicObject Car Boat GraphicComponent AmfibieCar - 9 - Modifierare och arv l I Java kan vi använda modifierare för att kontrollera arv eller "synbarhet" public l kan användas överallt protected l kan användas i klass eller subklasser private l kan bara användas inne i klassens beskrivning static l klassmetod eller klassvariabel final l kan ej ändras (variabelfallet), kan ej subklassas (klassfallet) abstract l måste specificeras i subklasser - 10-5

Fördelar med arv l Återanvändning av mjukvara Enkelt att modifiera passande klass (på ett strukturerat sätt) l Ökad tillförlitlighet Klasser i "bibliotek" som används av många blir hela tiden testade l Delande av kod Likartade komponenter kan dela (stora delar) kod som kan beskrivas i gemensam superklass l Överenstämmande gränssnitt Klasser som ärver från gemensam superklass överenstämmer troligare än om dom ärver från separata grenar - 11 -... l Mjukvarukomponenter Arv gör det enkelt att konstruera återanvändbara komponenter l Snabb konstruktion av prototyper Ofta snabbt att återanvända klasser och endast ändra det som skiljer l Polymorfi och frameworks Genom polymorfi och arv är det relativt enkelt att beskriva systemstruktur och beteende på hög nivå vars detaljer sedan kan beskrivas av användarnas konkreta subklasser l Inkapsling av information Ofta tillräckligt att känna till superklassens protokoll och inte detaljer om dess implementation - 12-6

Kostnader för arv l Exekveringshastighet Viss extra kostnad för metoduppslagning l Programstorlek Programbibliotek ger ofta mer binärkod än specialdesignade klasser l Programkomplexitet Kod skriven med djupa arvshierarkier ger ofta komplexa strukturer med svårgripbara programflöden Jo-Jo-problemet: där metoder än i superklasser än i subklasser används om vartannat - 13 - Mekanismer för återanvändning av mjukvara l Ersättbarhet Vi strävar efter att skriva programvara där vissa komponenter kan ersättas av andra utan att påverka några andra delar av systemet l Är-en eller har-en Ofta användbar tumregel: l använd arv då en komponent är-en (specialisering) av någon annan en tandemcykel är-en cykel, en bil är-ett fordon, en student är-en person l använd komposition då en komponent har-en annan komponent som en av sina delar en bil har-em motor, en människa har-en vän l Arv av kod eller arv av beteende Arv av gemensam klass bör väljas då kod och struktur delas Ett gränssnitt bör delas då specifikation av beteende men inte den egentliga koden delas - 14-7

Komposition eller arv l Klassen Vector ser förenklat ut på följande sätt: class Vector{ public boolean isempty() {... public in size() {... public addelement(object value) {... public Object lastelement() {... public Object removeelementat(int index) {...... l Nu kan vi konstruera en stack genom att utnyttja Vector med 1) komposition eller 2) arv - 15 -...komposition... class Stack{ private Vector thedata; public Stack() {thedata = new Vector; public boolean isempty() {return thedata.isempty(); public boolean push(object v) {thedata.addelement(v); public boolean peek() {return thedata.lastelement(); public Object pop(){ Object result = thedata.lastelement; thedata.removeelement(thedata.size() - 1); return result; - 16-8

...arv class Stack extends Vector{ public boolean push(object v) {addelement(v); public boolean peek() {return lastelement(); public Object pop(){ Object result = lastelement; thedata.removeelement(size() - 1); return result; - 17 - Arv eller komposition? l Arv ger implicit (eller explicit) antagande om ersättbarhet Subklasser antas vara subtyper Detta "antagande" gäller inte för komposition l Komposition är enklare än arv Komposition anger mer tydligt vilka operationer som kan tillämpas på en viss klass l Vid arv är subklassernas mängd av operationer en supermängd av superklassens mängd av operationer Programmeraren måste undersöka vilka superklassen för att ta reda på vilka operationer som är legala för subklassen l Arv ger kortare beskrivningar än komposition l Arv förhindrar inte manipulation av den nya strukturen via ("illegala") operationer i superklassen - 18-9

... l Komposition döljer implementationsdetaljer bättre än arv Det är enkelt att ersätta en viss struktur med en annan l En stack kan använda en vektor, byta till en länkad lista eller använda sig av en databas l Vid arv har subklasser tillgång till alla icke privata fält i superklassen medan man vid komposition endast har tillgång till publika fält l Arv låter oss använda den nya abstraktionen som argument i en polymorf funktion - 19 -... l Vid arv får vi kortare kod än vid komposition. Därmed blir koden mer översiktlig. Å andra sidan är gränssnittet mer tydligt vid komposition Vid arv måste man fråga sig: Vilka delar av den ärvda koden är tänkt att användas? Vilka delar är nödvändiga eller riskabla att initiera respektive förändra? l En implementation med arv har en liten fördel i exekveringstid Ett extra funktionsanrop behövs vid komposition - 20-10

Polymorfa variabler l l l l l l Polymorf från grekiskans poly = många och morf = form En polymorf variabel är en som kan vara deklarerad att hålla ett värde av viss typ men som i verkligheten håller ett värde av en annan typ Ren polymorfi Då en metod kan appliceras på argument av olika typer Överlagring (eller ad hoc polymorfi) En metod med visst namn kan ta olika typer av argument Överskrivning En metod med ett visst namn kan skrivas om (eller skrivas över) i en subklass Abstrakt metod En abstrakt metod är en metod vars signatur är deklarerad i en superklass men implementationen görs i (konkreta) subklasser - 21 - Överlagring l Överlagring och omvandling Vissa överlagrade metoder gör också omvandlingar mellan olika typer av objekt Typexempel aritmetiska operationer (+, -, *, /) där tex en int omvandlas till en float om en float ingår (int x float -> float) l Överlagring mellan eller inom klasser Metod med visst namn kan finnas i flera klasser Flera metoder med samma namn kan finnas i en viss klass l Parmeteröverlagring Olika metoder med samma namn i en viss klass är tillåtna så länge som parametrarna skiljer i antal eller typ - 22-11

Överskrivning l Ersätta Koden i superklassen ersätts med kod i subklassen Detta görs genom att metoder med samma namn och argumenttyper som i superklassen definieras om i subklassem l Förändra Koden från superklassen kombineras med kod från subklassen Detta görs genom att metod ersätts men att superklassens metod anropas l i Java mha super.metod(...) alternativt i konstruktörer super(..) - 23 - Abstrakta metoder och klasser l En klass kan deklareras abstrakt Då kan inga instanser av klassen skapas l En klass kan deklarera en eller flera av sina metoder som abstrakta Då blir också klassen automatiskt abstrakt l Inga instanser av klassen kan därför skapas En subklass blir också abstrakt till dess att alla abstrakta metoder fått en definition l Tex om metoderna m1() och m2() deklarerats abstrakta i klassen A men subklassen B endast implementerar m1() så är B också abstrakt Om en klass C deklareras som subklass till B och implementerar m2() så blir C konkret och kan instansieras - 24-12

Exempel: abstrakt klass abstract class GraphicObject{ int x, y;... void moveto(int newx, int newy) {... abstract void draw(); class Circle extends GraphicObject { void draw() {... class Rectangle extends GraphicObject { void draw() {... - 25 - Exempel: interface public interface Sleeper { public void wakeup(); public long ONE_SECOND = 1000; public long ONE_MINUTE = 60000; Konstanter nås via Interfacenamn.konstant tex Sleeper.One_Second public class GUIClock extends Applet implements Sleeper {... public void wakeup() { repaint(); clock.letmesleepfor(this, ONE_MINUTE); - 26-13

Exempel: abstrakt klass och vektorer public abstract class Shape { public abstract double area(); public abstract double circumference(); class Circle extends Shape { proteected double r; protected static final double PI = 3.14; public Circle() {this(1.0); public Circle(double r) {this.r = r; public double area( {return PI * r * r; public double circumference () {return 2 * PI * r; class Rectangle extends Shape { proteected double w, h; protected static final double PI = 3.14; public Rectangle (){this(0.0, 0.0); public Rectangle (double w, double h) {this.w = w; this.h = h; public double area() {return w * h; public double circumference() {return 2 * (w + h); - 27 -... l Så kan vi skapa en vektor av Shapes Shapes[] shapes = new Shape[3]; shapes[0] = new Circle(2.0); shapes[1] = new Rectangle(1.0, 2.0); shapes[2] = new Rectangle(10.0, 20.0); double totalarea = 0; for(int i = 0; i < shapes.length; i++) total_area += shapes[i].area(); - 28-14

..med interface med följande definitioner... public interface Drawable{ public void setcolor(color c); public void setposition(point p); public void draw(window dw); Rectangle public DrawableRectangle extends Rectangle implements Drawable{ private Color c; private Point pos; public void setcolor(color c) {this.c = c; public void setposition(point p) {pos = p; public void draw(window dw) {dw.drawrect(pos.x, pos.y, height, width); - 29 -... så kan vi konstruera en vektor av interface (Givet att vi också konstruerat en DrawableCircle och en DrawableSquare på motsvarande sätt) Drawable[] drawables = new Drawable[3]; drawables[0] = new DrawableCircle(2.0); drawables[1] = new DrawableSquare(20.0); drawables[2] = new DrawableRectangle(10.0, 20.0); for(int i = 0; i < drawables.length; i++) {drawables[i].setposition(i * 10.0, i * 5.0); drawables[i].draw(mywindow); - 30-15