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Java Programmazione ad oggetti Davide Ficano [email_address]

Di cosa parleremo Differenze tra programmazione strutturata e programmazione ad oggetti Concetti fondamentali della OOP ( O bject O riented P rogramming)‏ Classi ed istanze La OOP ed i costrutti Java

Caratteristiche della Programmazione strutturata /1 La Programmazione strutturata si basa su alcuni basilari principi Esistono le variabili locali e globali (strutture dati)‏ Esiste il concetto di blocco di istruzioni (funzione e/o procedura) che esegue un compito preciso utilizzando le variabili locali e/o globali le variabili contengono i dati su cui il programma agisce Le funzioni rappresentano la logica (algoritmo) da applicare sui dati per ottenere un risultato I dati e le funzioni sono disaccoppiati nel senso che una funzione non possiede l'accesso esclusivo ad un dato

Caratteristiche della Programmazione strutturata /2 Il celebre libro di Niklaus Wirth palesa come nella programmazione strutturata la somma di Algoritmi e Strutture Dati produca i programmi Nella OOP la separazione tra Algoritmi e Strutture Dati sparisce (o quasi). Questa è una delle più significative differenze tra i due paradigmi di programmazione

Concetti generali della OOP Cosa è un oggetto Incapsulamento (information hiding)‏ Ereditarietà Polimorfismo

Cosa è un oggetto Un oggetto è una entità software dotata di Stato Comportamento Pensiamo all'entità software Animale, un animale può mangiare e muoversi, ha un nome e può essere affamato In genere i verbi indicano comportamento (muoversi, mangiare)‏ i sostantivi (nomi) indicano lo stato (nome,età)‏ questa regola non e' perfetta ma è abbastanza precisa

Definiamo una entità Oggetto Animale Stato Nome Fame Colore Comportamento Mangiare Muoversi Parlare (nel senso di emettere suoni)‏

Fido e Polly Stato e Comportamento Animale fido = new Cane(“Fido”); fido.muovi(); fido.parla(); // baubau // Verifico lo stato fido.getNome(); // Fido fido.getFame(); // poca fido.muovi(); fido.getFame(); // molta polly = new Pappagallo(“Polly”); polly.muovi(); // si muove sul trespolo non vola! polly.parla(); // mi chiamo pooolly // Verifico lo stato polly.getNome(); // Polly

Come sono legati stato e comportamento? Animale fido.muovi(); // Verifico lo stato fido.getFame(); // poca polly.muovi(); // Verifico lo stato polly.getFame(); L'algoritmo presente in muovi agisce sullo stato fame cambiando i valori di alcune variabili (strutture dati) contenute negli oggetti Non sappiamo nulla su come funziona l'algoritmo che probabilmente è diverso per ogni animale Riepilogando si può dire che nella OOP in generale Lo stato cambia impostando i valori di variabili (es. fame = 100)‏ Il comportamento lavora sulle variabili (es. incrementa il valore)‏

Incapsulamento /1 La fame di Fido e Polly aumenta più velocemente se si muovono Quando la fame è al massimo supponiamo che si rifiutino di muoversi Richiamando il metodo mangia() Fido riprenderà a camminare. Posso leggere lo stato “fame” con getFame() e cambiarlo con mangia(), non posso dare dei valori non previsti allo stato: questo è Incapsulamento o information hiding

Incapsulamento /2 L'information hiding nasconde i dettagli implementativi impedisce di falsare lo stato dell'oggetto con dei valori non ammessi. I valori delle variabili possono essere cambiati solo dall'oggetto e non dall'esterno

Ereditarietà /1 Sia Fido che Polly sono animali Essi hanno in comune molte caratteristiche Nome (stato)‏ Si muovono (comportamento)‏ Queste proprietà sono dell'entità Animale e le entità Cane e Pappagallo le ereditano

Ereditarietà /3 L'ereditarietà può essere modellata secondo diversi livelli di precisione

Ereditarietà /4 Ereditarietà significa avere un oggetto base con un insieme di stati e comportamenti presenti anche in oggetti derivati* Si parla di gerarchia di oggetti quando un oggetto possiede dei discendenti che a loro volta ne hanno altri (si pensi all'albero genealogico)‏ * ereditare e derivare sono sinonimi in OOP

Ereditarietà /5 Se Fido e Polly sono uguali all'oggetto Animale che bisogno c'è di creare due nuovi oggetti Cane e Pappagallo? Si sarebbe potuto scrivere qualcosa di più semplice fido = new Animale ("Fido") invece di fido = new Cane ("Fido")‏ polly = new Animale ("Polly") invece di polly = new Pappagallo ("Polly")‏ Gli oggetti hanno caratteristiche comuni ma non sono uguali!! Fido corre più velocemente di Polly Polly può volare ed anche il suono emesso è diverso Il comportamento cambia e questo si chiama Polimorfismo

Polimorfismo /1 Preso da Wikipedia, significa “assumere significati specifici in diversi contesti” Nel mondo OOP significa “la capacita' di ridefinire il comportamento di un oggetto” Sia Fido che Polly hanno un metodo “parla” ma il risultato è un pò diverso... Il metodo parla è ereditato dall'entità Animale

Polimorfismo /2 Nel caso di Fido e Polly significa che il comportamento applicato, ad esempio, nel metodo muovi cambia negli oggetti Cane e Pappagallo Comportamento = Algoritmo; quindi il metodo Cane.muovi() e Pappagallo.muovi() contengono codice diverso

Relazioni tra classi Le classi possono essere in relazione tra loro come Associazione (uso di oggetti)‏ Aggregazione (contenimento di oggetti)‏ Specializzazione (ereditarietà)

Relazioni / Associazione Una classe si dice in associazione con un'altra quando esiste un legame debole o nullo Supponiamo che esista una classe Collare, Fido potrebbe avere un attributo (field) di questo tipo. Fido però può tranquillamente esistere senza collare (legame debole) quindi l'attributo collare della classe può essere vuoto

Relazioni / Aggregazione Una classe si dice in aggregazione con un'altra quando esiste un legame forte Supponiamo che Fido abbia l'attributo età, questo attributo deve esistere ed avere un valore valido (legame forte)‏ La differenza tra Associazione e Aggregazione è molto sottile spesso ci si limita a dire che una classe ha un attributo di un'altra e questo attributo può essere null oppure valorizzato

Relazioni / Specializzazione Una classe si dice specializzazione di un'altra quando deriva da essa Cane o Pappagallo sono specializzazioni di Animale Animale è detta classe base

La fattoria degli animali in Java Tutti i concetti OOP trovano diretto riscontro nella sintassi del linguaggio Java Incapsulamento (Information hiding)‏ Ereditarietà Polimorfismo Prima di vedere questi aspetti prendiamo confidenza con la sintassi specifica di Java

Definire un oggetto in Java Java utilizza la parola riservata class per definire un oggetto class è un contenitore di variabili (che in java di chiamano field)‏ funzioni (che in java si chiamano metodi)‏ nome è una variabile getNome e setNome sono due metodi class Animale { String nome ; String getNome() { return nome ; } void setNome(String nuovoNome){ nome = nuovoNome; } }

Metodi con nomi "speciali" class Animale { String nome ; String getNome() { return nome ; } void setNome(String nuovoNome){ nome = nuovoNome; } } Java usa una convenzione per i nomi dei metodi. Essendo una convenzione non è obbligatoria ma caldamente consigliata. Tutti i metodi che restituiscono il valore di un field hanno il prefisso get Tutti i metodi che impostano il valore di un field hanno il prefisso set

Getter e setter I getter e setter sono normali metodi, e' solo una convenzione "umana" quella di avere i getter che non prendono argomenti di avere i setter che prendono un solo argomento Nulla vieta di avere un setter che non riceve nessun argomento oppure un getter che prende uno o piu' argomenti Un oggetto contenente getters e setters viene chiamato Java bean Si consiglia l'attenta lettura della naming convention http://java.sun.com/docs/codeconv/html/CodeConventions.doc8.html

Istanze di oggetti Una volta definito il contenuto di una classe con field e metodi per utilizzarlo bisogna istanziarlo Questo viene fatto con l'operatore new di Java che alloca in memoria un nuovo oggetto del tipo richiesto Animale fido = new Animale(); Ne consegue che Una classe rappresenta la definizione di un oggetto Una istanza è la sua struttura in memoria sulla quale è possibile cambiare il valore dei field

Istanze e costruttori Quando si crea un nuovo oggetto, ovvero una istanza, si richiama uno speciale metodo chiamato costruttore Il costruttore ha lo stesso nome della classe e non ritorna niente Possono esserci più costruttori per una classe a patto che prendano parametri diversi Se non viene dichiarato nessun costruttore Java ne crea uno automaticamente che azzera tutti i field e non riceve argomenti Si chiama costruttore di default

Esempi di costruttori public class Animale { } public class Animale { public Animale() { } } Le classi sono identiche, quella a destra viene generata in fase di compilazione da Java. Attenzione! Non viene modificato il sorgente ma è la classe compilata che in assenza di un costruttore viene creata con quello di default public class Animale { public Animale() { } public Animale(String nome) { } public Animale(String nome) { } } public class Animale { public Animale() { } public Animale(String nome) { } public Animale(String nome, String razza) { } }

Information Hiding e violazione Il contenuto della variabile 'nome' può essere cambiato facilmente senza nessun controllo public class ProvaAnimaleSenzaInformationHiding { public static void main(String[] args) { Animale fido = new Animale(); fido. nome = "aaa" ; } } Questa è una violazione dell'IH Non abbiamo adeguatamente nascosto la variabile da modifiche arbitrarie

Java ed i livelli di Information Hiding (IH)‏ In Java è possibile scegliere chi deve vedere cosa . I field ed i metodi possono avere differenti livelli di IH Esistono tre livelli di IH public tutti possono vedere e/o modificare il field e/o il metodo protected solo le classi derivare possono vedere e/o modificare il field e/o il metodo private solo la classe contenente il field e/o il metodo può accederci Esiste un quarto livello, package, ma non è si utile ai nostri scopi

Diminuiamo la visibilità class Animale { String nome ; String getNome() { return nome ; } void setNome(String nuovoNome){ nome = nuovoNome; } } class Animale { private String nome ; String getNome() { return nome ; } void setNome(String nuovoNome){ nome = nuovoNome; } } Cosa cambia Con questa piccola modifica la classe xxx non compila più. Abbiamo impedito modifiche dirette al field 'nome' Anche protected avrebbe nascosto la visibilità. Domanda: Cosa avrebbe fatto invece public ? Domanda: Come faccio a cambiare il nome adesso?

Best practices per l'information hiding E' pratica diffusa e altamente consigliabile definire i field sempre private definire i metodi che devono restituire o impostare lo stato di un field public definire i metodi che non aggiungono significato all'oggetto come protected o private (ad esempio un metodo che controlla la validità del field 'nome')‏

Overloading Abbiamo visto che una classe può avere più di un costruttore, purchè gli argomenti differiscano per numero oppure per tipo Questa caratteristica si chiama Overloading Tutti i metodi, non soltanto i costruttori, possono fare overloading public class Animale { public void muovi() { } public void muovi(double centimetri) { } }

Esercizi – cosa sapere Cosa sapere per svolgere gli esercizi Per stampare a video una stringa System.out.println("hello"); Se ad una stringa non viene assegnato nessun valore, viene impostata a null (null e' una parola riservata Java)‏ Per avviare una classe inserire il metodo main public static void main(String[] args) { }

Esempio Scrivere la classe Animale contenente il metodo getNome()‏ Scrivere la classe TestAnimale con il metodo main che stampa il nome di una istanza Animale public class Animale { public String getNome() { return "Polly" ; } } public class TestAnimale { public static void main(String[] args) { Animale animale = new Animale(); System. out .println(animale.getNome()); } }

Esercizio 1 Definire una classe Gatto il cui costruttore prende un nome Definire una classe Canarino il cui costruttore prende un nome Definire una classe Fattoria che memorizza il gatto ed il canarino ha un metodo stampaNomiAnimali che stampa tutti I nomi degli abitanti della fattoria Definire una classe TestFattoria (con il main) che Istanzia un gatto di nome "Silvestro" ed un un canarino di nome "Titti" istanzia una fattoria Inserisce il gatto ed il canarino nella fattoria Richiama il metodo stampaNomiAnimali Usare getters, setters e l'information hiding

Classi Gatto e Canarino public class Gatto { private String nome ; public Gatto(String nome) { this . nome = nome; } public String getNome() { return nome ; } } public class Canarino { private String nome ; public Canarino(String nome) { this . nome = nome; } public String getNome() { return nome ; } }

Classe Fattoria public class Fattoria { private Gatto gatto ; private Canarino canarino ; public Gatto getGatto() { return gatto ; } public void setGatto(Gatto gatto) { this . gatto = gatto; } public Canarino getCanarino() { return canarino ; } public void setCanarino(Canarino canarino) { this . canarino = canarino; } public void stampaNomiAnimali() { System. out .println( gatto .getNome()); System. out .println( canarino .getNome()); } }

Classe testFattoria public class TestFattoria { public static void main(String[] args) { Gatto gatto = new Gatto( "Silvestro" ); Canarino canarino = new Canarino( "Titti" ); Fattoria fattoria = new Fattoria(); fattoria.setGatto(gatto); fattoria.setCanarino(canarino); fattoria.stampaNomiAnimali(); } }

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