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1 Departamento de Informática Prof. Anselmo C. de Paiva Programação Orientada a Objetos C++ 4 – Herança e Polimorfismo 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 2 Herança • Como vimos anteriormente, classes podem ser compostas em hierarquias, através do uso de herança. • Quando uma classe herda de outra, diz-se que ela a estende ou a especializa, ou os dois. • Herança implica tanto herança de interface quanto herança de código. 2 NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito Objeto Poupança R. Juros NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito Estados do Objeto Poupança NúmeroSaldo 21.342-7895,32 NúmeroSaldo 21.342-7875,32 creditar(20) R. Juros R. Juros Creditar Creditar Debitar Debitar 3 NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Débito Estados do Objeto Poupança NúmeroSaldo 21.342-7884,07 NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Creditar Debitar R. Juros(0.01) R. Juros R. Juros Creditar Debitar Debitar Classe de Poupanças: Assinatura public class PoupancaD { public PoupancaD (String n) {} public void creditar(double valor) {} public void debitar(double valor) {} public String getNumero() {} public double getSaldo() {} public void renderJuros(double taxa) {} } 4 Classe de Poupanças: Descrição public class PoupancaD { private String numero; private double saldo; public void creditar (double valor) { saldo = saldo + valor; } // ... public void renderJuros(double taxa) { this.creditar(saldo * taxa); } } Classe de Bancos: Assinatura public class BancoD { public BancoD() {} public void cadastrarConta(Conta c) {} public void cadastrarPoupanca(PoupancaD p) {} public void creditarConta(String numero, double valor) {} public void creditarPoupanca(String numero, double valor) {} // ... } 5 Classe de Bancos: Descrição public class BancoD { private Conta[] contas; private PoupancaD[] poupancas; private int indiceP, indiceC; public void cadastrarConta(Conta c) { contas[indiceC] = c; indiceC = indiceC + 1; } public void cadastrarPoupanca(PoupancaD p) { poupancas[indiceP] = p; indiceP = indiceP + 1; } 6 private Conta procurarConta(String numero) { int i = 0; boolean achou = false; Conta resposta = null; while ((! achou) && (i < indiceC)) { if (contas[i].getNumero().equals(numero)) achou = true; else i = i + 1; } if (achou) resposta = contas[i]; return resposta; } public void debitarConta(String numero, double valor) { Conta c; c = this.procurarConta(numero); if (c != null) c.debitar(valor); else System.out.println( "Conta inexistente!” ); } 7 Problemas • Duplicação desnecessária de código: – a definição de PoupançaD é uma simples extensão da definição de Conta – clientes de Conta que precisam trabalhar também com PoupançaD terão que ter código especial para manipular poupanças • Falta refletir relação entre tipos do “mundo real” Subtipos e Subclasses Poupança Conta 8 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 15 Herança • Necessidade de extender classes – alterar classes já existentes e adicionar propriedades ou comportamentos para representar outra classe de objetos – criar uma hierarquia de classes que “herdam” propriedades e comportamentos de outra classe e definem novas propriedades e comportamentos Subclasses • Comportamento objetos da subclasse comportam-se como os objetos da superclasse • Substituição objetos da subclasse podem ser usados no lugar de objetos da superclasse 9 Herança • Reuso de Código a descrição da superclasse pode ser usada para definir a subclasse • Extensibilidade algumas operações da superclasse podem ser redefinidas na subclasse Classe de Poupanças: Assinatura public class Poupanca extends Conta { public Poupanca (String numero) {} public void renderJuros(double taxa) {} } 10 Classe de Poupanças: Descrição public class Poupanca extends Conta { public Poupanca (String numero) { super (numero); } public void renderJuros(double taxa) { this.creditar(this.getSaldo()*taxa); } } Extends • subclasse extends superclasse • Mecanismo para definição de herança e subtipos • Herança simples: só se pode herdar uma classe por vez 11 Extends: Restrições • Atributos e métodos privados são herdados, mas não podem ser acessados diretamente • Qualificador protected: visibilidade restrita ao pacote e as subclasses de outros pacotes • Construtores não são herdados • Construtor default só é disponível se também for disponível na superclasse Usando Poupanças ... Poupanca poupanca; poupanca = new Poupanca(“21.342-7”); poupanca.creditar(500.87); poupanca.debitar(45.00); System.out.println(poupanca.getSaldo()); ... 12 Subtipos: Substituição ... Conta conta; conta = new Poupanca(“21.342-7”); conta.creditar(500.87); conta.debitar(45.00); System.out.println(conta.getSaldo()); ... Subtipos: Verificação Dinâmica com Casts ... Conta conta; conta = new Poupanca("21.342-7"); ... conta.renderJuros(0.01); conta.imprimirSaldo(); ... ((Poupanca) conta).renderJuros(0.01); 13 Substituição e Casts • Nos contextos onde contas são usadas, podem- se usar poupanças • Nos contextos onde poupanças são usadas, podem-se usar contas com o uso explícito de casts • Casts correspondemà verificação dinâmica de tipos e podem gerar exceções (Cuidado!) • Casts não fazem conversão de tipos Classe Banco: Assinatura public class Banco { public Banco () {} public void cadastrar(Conta conta) {} public void creditar(String numero, double valor) {} public void debitar(String numero, double valor) {} public double getSaldo(String numero) {} public void transferir(String contaOrigem, String contaDestino, double valor) {} } 14 Subtipos: Substituição ... Banco banco = new Banco(); banco.cadastrar(new Conta("123-4")); banco.cadastrar(new Poupanca(”567-8")); banco.creditar(”123-4",129.34); banco.transferir(”123-4",”567-8",9.34); System.out.print(banco.getSaldo(”567-8")); ... Exercício • Modifique a classe Banco para que seja possível render juros de uma poupança. Isto é, adicione um novo método que rende os juros da poupança cujo número é parâmetro deste método; a taxa de juros corrente deve ser um atributo de Banco. 15 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 29 Interface & Código • Herança de interface significa que a classe que herda recebe todos os métodos declarados pela superclasse que não sejam privados. • Herança de código significa que as implementações desses métodos também são herdadas. Além disso, os campos que não sejam privados também são herdados. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 30 Visibilidade & Herança Pelo que foi dito, membros públicos são herdados, enquanto membros privados não são. Às vezes precisamos algo intermediário: um membro que não seja visto fora da classe mas que possa ser herdado. As linguagens OO tipicamente dão suporte a esse tipo de acesso. 16 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 31 Mais Visibilidade em Java • Java permite declararmos um membro que, embora não seja acessível por outras classes, é herdado por suas sub-classes. • Para isso usamos o modificador de controle de acesso protected. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 32 Resumo de Visibilidade em Java • Resumindo todos os tipos de visibilidade: – private: membros que são vistos só pelo própria classe e não são herdados por nenhuma outra; – package: membros que são vistos e herdados pelas classes do pacote; – protected: membros que são vistos pelas classes do pacote e herdados por qualquer outra classe; – public: membros são vistos e herdados por qualquer classe. 17 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 33 Herança de Membros A int i; B int i; Pacote P1 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 34 Herança de Membros A public int j; int i; B public int j; inti; Pacote P1 18 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 35 Herança de Membros A public int j; protected int k; int i; B public int j; protected int k; int i; Pacote P1 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 36 Herança de Membros A public int j; protected int k; private int l; int i; B public int j; protected int k; int i; Pacote P1 19 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 37 Herança de Membros Pacote P2 P1.A C public int j; protected int k; A public int j; protected int k; private int l; int i; B public int j; protected int k; int i; Pacote P1 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 38 Herança em Java • Quando uma classe A herda de B, diz-se que A é a sub-classe e estende B, a superclasse. • Uma classe Java estende apenas uma outra classea essa restrição damos o nome de herança simples. • Para criar uma sub-classe, usamos a palavra reservada extends. 20 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 39 Exemplo de Herança • Podemos criar uma classe que represente um pixel a partir da classe Point. Afinal, um pixel é um ponto colorido. public class Pixel extends Point { int color; public Pixel(int x, int y, int c) { super(x, y); color = c; } } 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 40 Herança de Código • A classe Pixel herda a interface e o código da classe Point. Ou seja, Pixel passa a ter tanto os campos quanto os métodos (com suas implementações) de Point. Pixel px = new Pixel(1,2,0); // Pixel de cor 0 px.move(1,0); // Agora px está em (2,2) 21 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 41 super • Note que a primeira coisa que o construtor de Pixel faz é chamar o construtor de Point, usando, para isso, a palavra reservada super. • Isso é necessário pois Pixel é uma extensão de Point, ou seja, ela deve inicializar sua parte Point antes de inicializar sua parte estendida. • Se nós não chamássemos o construtor da superclasse explicitamente, a linguagem Java faria uma chamada ao construtor padrão da superclasse automaticamente. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 42 Árvore × Floresta • As linguagens OO podem adotar um modelo de hierarquia em árvore ou em floresta. • Árvore significa que uma única hierarquia compreende todas as classes existentes, isto é, existe uma superclasse comum a todas as classes. • Floresta significa que pode haver diversas árvores de hierarquia que não se relacionam, isto é, não existe uma superclasse comum a todas as classes. 22 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 43 Modelo de Java • Java adota o modelo de árvore. • A classe Object é a raiz da hierarquia de classes à qual todas as classes existentes pertencem. • Quando não declaramos que uma classe estende outra, ela, implicitamente, estende Object. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 44 Superclasse Comum • Uma das vantagens de termos uma superclasse comum, é termos uma funcionalidade comum a todos os objetos. • Por exemplo, a classe Object define um método chamado toString que retorna um texto descritivo do objeto. • Um outro exemplo é o método finalize usado na destruição de um objeto, como já dito. 23 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 45 Especialização × Extensão • Uma classe pode herdar de outra para especializá-la redefinindo métodos, sem ampliar sua interface. • Uma classe pode herdar de outra para estendê- la declarando novos métodos e, dessa forma, ampliando sua interface. • Ou as duas coisas podem acontecer simultaneamente... 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 46 Polimorfismo • Polimorfismo é a capacidade de um objeto tomar diversas formas. • O capacidade polimórfica decorre diretamente do mecanismo de herança. • Ao estendermos ou especializarmos uma classe, não perdemos compatibilidade com a superclasse. 24 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 47 Polimorfismo de Pixel • A sub-classe de Point, Pixel, é compatível com ela, ou seja, um pixel, além de outras coisas, é um ponto. • Isso implica que, sempre que precisarmos de um ponto, podemos usar um pixel em seu lugar. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 48 Exemplo de Polimorfismo • Podemos querer criar um array de pontos. O array de pontos poderá conter pixels: Point[] pontos = new Point[5]; // um array de pontos pontos[0] = new Point(); pontos[1] = new Pixel(1,2,0); // um pixel é um ponto 25 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 49 Mais sobre Polimorfismo • Note que um pixel pode ser usado sempre que se necessita um ponto. Porém, o contrário não é verdade: não podemos usar um ponto quando precisamos de um pixel. Point pt = new Pixel(0,0,1); // OK! pixel é ponto. Pixel px = new Point(0,0); // ERRO! ponto não é pixel. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 50 Conclusão Polimorfismo é o nome formal para o fato de que quando precisamos de um objeto de determinado tipo, podemos usar uma versão mais especializada dele. Esse fato pode ser bem entendido analisando-se a árvore de hierarquia de classes. 26 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 51 Objetos Materiais Animais Mamíferos Humanos FloricultoresDentistas João José Vegetais Rosas Rosas da Maria 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 52 Ampliando o Exemplo • Vamos aumentar a classe Point para fornecer um método que imprima na tela uma representação textual do ponto. public class Point { ... public void print() { System.out.println(“Point (”+p.x+“,”+p.y+“)”); } } 27 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 53 Ampliando o Exemplo (cont.) • Com essa modificação, tanto a classe Point quanto a classe Pixel agora possuem um método que imprime o ponto representado. • Podemos voltar ao exemplo do array de pontos e imprimir as posições preenchidas. Point pt = new Point(); // ponto em (0,0) Pixel px = new Pixel(0,0,0); // pixel em (0,0) pt.print(); // Imprime: “Point (0,0)” px.print(); // Imprime: “Point (0,0)” 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 54 • Porém, a implementação desse método não é boa para um pixel pois não imprime a cor. • Vamos, então, redefinir o método em Pixel. public class Pixel extends Point { ... public void print() { System.out.println(“Pixel (”+p.x+“,”+p.y+“,”+ p.color+“)”); } } Ampliando o Exemplo (cont.) 28 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 55 Ampliando o Exemplo (cont.) • Com essa nova modificação, a classe Pixel agora possui um método que imprime o pixel de forma correta. Point pt = new Point(); // ponto em (0,0) Pixel px = new Pixel(0,0,0); // pixel em (0,0) pt.print(); // Imprime: “Point (0,0)” px.print(); // Imprime: “Pixel (0,0,0)” 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 56 Late Binding Voltando ao exemplo do array de pontos, agora que cada classe possui sua própria codificação para o método print, o ideal é que, ao corrermos o array imprimindo os pontos, as versões corretas dos métodos fossem usadas. Isso realmente acontece, pois as linguagens OO usam um recurso chamado late binding. 29 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 57 Late Binding na prática • Graças a esse recurso, agora temos: Point[] pontos = new Point[5]; pontos[0] = new Point(); pontos[1] = new Pixel(1,2,0); pontos[0].print(); // Imprime: “Point (0,0)” pontos[1].print(); // Imprime: “Pixel (1,2,0)” 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardosode Paiva 58 Definição de Late Binding Late Binding, como o nome sugere, é a capacidade de adiar a resolução de um método até o momento no qual ele deve ser efetivamente chamado. Ou seja, a resolução do método acontecerá em tempo de execução, ao invés de em tempo de compilação. No momento da chamada, o método utilizado será o definido pela classe real do objeto. 30 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 59 Late Binding × Eficiência O uso de late binding pode trazer perdas no desempenho dos programas visto que a cada chamada de método um processamento adicional deve ser feito. Esse fato levou várias linguagens OO a permitir a construção de métodos constantes, ou seja, métodos cujas implementações não podem ser redefinidas nas sub-classes. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 60 Valores Constantes • Java permite declarar um campo ou uma variável local que, uma vez inicializada, tenha seu valor fixo. Para isso utilizamos o modificador final. class A { final int ERR_COD1 = -1; final int ERR_COD2 = -2; ... } 31 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 61 Métodos Constantes em Java • Para criarmos um método constante em Java devemos, também, usar o modificador final. public class A { public final int f() { ... } } 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 62 Classes Constantes em Java • Uma classe inteira pode ser definida final. Nesse caso, em particular, a classe não pode ser estendida. public final class A { ... } 32 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 63 Conversão de Tipo Como dito anteriormente, podemos usar uma versão mais especializada quando precisamos de um objeto de certo tipo mas o contrário não é verdade. Por isso, se precisarmos fazer a conversão de volta ao tipo mais especializado, teremos que fazê-lo explicitamente. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 64 Type Casting • A conversão explícita de um objeto de um tipo para outro é chamada type casting. Point pt = new Pixel(0,0,1); // OK! pixel é ponto. Pixel px = (Pixel)pt; // OK! pt agora contém um pixel. pt = new Point(); px = (Pixel)pt; // ERRO! pt agora contém um ponto. pt = new Pixel(0,0,0); px = pt; // ERRO! pt não é sempre um pixel. 33 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 65 Mais Type Casting Note que, assim como o late binding, o type casting só pode ser resolvido em tempo de execução: só quando o programa estiver rodando é que poderemos saber o valor que uma dada variável terá e, assim, poderemos decidir se a conversão é válida ou não. Subtipos: Verificação Dinâmica com instanceof ... Conta c = this.procurar(”567-8"); if (c instanceof Poupanca) ((Poupanca) c).renderJuros(0.01); else System.out.print("Poupança inexistente!"); ... 34 Verificação Dinâmica de Tipos • Casts e instanceof: – ((Tipo) variável) – variável instanceof Tipo – O tipo de variável deve ser supertipo de Tipo – O Cast “((Tipo) variável)” gera uma exceção se “variável instanceof Tipo” retornar false – Casts são essenciais para verificação estática de tipos (compilação) NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito Objeto Conta Especial R. Bônus Bônus 11,60 35 NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito Estados de uma Conta Especial Número BônusSaldo 21.342-7 11,80895,32 Crédito Débito Número BônusSaldo 21.342-7 11,60875,32 Crédito Débito Crédito(20) R. Bônus R. Bônus NúmeroSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito Estados de uma Conta Especial Número BônusSaldo 21.342-7 0,00887,12 Crédito Débito Número BônusSaldo 21.342-7 11,80875,32 Crédito Débito R. Bônus() R. Bônus R. Bônus 36 Contas Especiais: Assinatura public class ContaEspecial extends Conta { public ContaEspecial(String numero) {} public void renderBonus() {} public double getBonus() {} public void creditar(double valor) {} } Contas Especiais: Descrição public class ContaEspecial extends Conta { private double bonus; public ContaEspecial(String numero) { super (numero); bonus = 0.0; } 37 public void creditar(double valor) { bonus = bonus + (valor * 0.01); super.creditar(valor); } public void renderBonus() { super.creditar(bonus); bonus = 0; } public double getBonus() { return bonus; } Redefinição de Métodos • Preservação da assinatura: tipos dos argumentos e resultados da redefinição têm que ser iguais aos tipos da definição • Semântica e Visibilidade dos métodos redefinidos deve ser preservada • Só é possível acessar a definição dos métodos da superclasse imediata (via super) 38 Usando Contas Especiais ... ContaEspecial contae; contae = new ContaEspecial("21.342-7"); contae.creditar(200.00); contae.debitar(100.00); contae.renderBonus(); System.out.print(contae.getSaldo()); ... Ligações Dinâmicas ... Conta conta; conta = new ContaEspecial("21.342-7"); ((Conta)conta).creditar(200.00); conta.debitar(100.00); ((ContaEspecial) conta).renderBonus(); System.out.print(conta.getSaldo()); ... 39 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 77 Ligações Dinâmicas Conta conta; conta = new ContaEspecial("21.342-7"); ((Conta)conta).creditar(200.00); “Como existe uma redefinição do método creditar na classe ContaEspecial,o Cast serve para informar a Java qual definição estamos interessados.” 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 78 Ligações Dinâmicas Conta conta; conta = new ContaEspecial("21.342-7"); conta.debitar(100.00); “Já o método debitar só existe na classe Conta, então Java acessa sua definição diretamente.” 40 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 79 Ligações Dinâmicas Conta conta; conta = new ContaEspecial("21.342-7"); ((ContaEspecial) conta).renderBonus(); “Finalmente, o método renderBonus só existe na classe ContaEspecial. Nesse caso, Java deve ser informado através de um Cast onde localizar sua definição. Se isso não for feito, uma exceção será gerada.” Ligações Dinâmicas • Dois métodos com o mesmo nome e tipo: – definição e redefinição, qual usar? • O código é escolhido dinamicamente (em tempo de execução) e não estaticamente (em tempo de compilação) • Escolha se dá baseado na classe do objeto associado à variável destino do método 41 Exercício • Modifique a classe Banco para que seja possível computar o bônus de uma conta especial. Foi necessário redefinir algum método de Banco? Justifique a sua resposta. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 82 Classe Banco: Assinatura public class Banco { public Banco () {} public void cadastrar(Conta conta) {} public void creditar(String numero, double valor) {} public void debitar(String numero, double valor) {} public double getSaldo(String numero) {} public void transferir(String contaOrigem, String contaDestino, double valor) {} } 42 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 83 Classes Abstratas • Ao criarmos uma classe para ser estendida, às vezes codificamos vários métodos usando um método para o qual não sabemos dar uma implementação, ou seja, um método que só sub- classes saberão implementar. • Uma classe desse tipo não deve poder ser instanciada pois sua funcionalidade está incompleta. Tal classe é dita abstrata. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 84 Classes Abstratas em Java • Java suporta o conceito de classes abstratas: podemos declarar uma classe abstrata usando o modificador abstract. • Além disso, métodos podem ser declarados abstratos para que suas implementações fiquem adiadas para as sub-classes. Para tal, usamos o mesmo modificador abstract e omitimos a implementação. 43 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 85 Exemplo de Classe Abstratapublic abstract class Drawing { public abstract void draw(); public abstract BBox getBBox(); public boolean contains(Point p) { BBox b = getBBox(); return (p.x>=b.x && p.x<b.x+b.width && p.y>=b.y && p.y<b.y+b.height); } ... } numerosaldo 21.342-7875,32 Objeto Conta Imposto creditar debitar 44 NúmerogetSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito Estados do Objeto Conta Imposto numerosaldo 21.342-7875,00 debitar(20) creditar debitar NúmerogetSaldo 21.342-7875,32 Crédito Débito numerosaldo 21.342-7854,98 creditar debitar Conta Imposto: Assinatura public class ContaImposto { public ContaImposto (String numero) {} public void creditar(double valor) {} public void debitar(double valor) {} public String getNumero() {} public double getSaldo() {} } 45 Conta Imposto: Assinatura public class ContaImpostoM extends Conta { public ContaImpostoM(String numero) {} public void debitar(double valor) {} } Conta Imposto: Descrição public class ContaImpostoM extends Conta { private static final double taxa = 0.0038; public ContaImpostoM (String numero) { super (numero); } public void debitar(double valor) { double imposto = (valor * taxa); super.debitar(valor + imposto); } } 46 Subtipos e Subclasses ContaImposto Conta Subclasses e Comportamento • Objetos da subclasse comportam-se como os objetos da superclasse • Redefinições de métodos devem preservar o comportamento (semântica) do método original • Grande impacto sobre manutenção/evolução de software... 47 Revisão/Otimização de Código ... double m(Conta c) { c.creditar(x); c.debitar(x); return c.getSaldo(); } ... Modificação é correta? Em que contextos? ... double m(Conta c) { return c.getSaldo(); } ... Subclasses e Evolução de Software • Deveria ser possível raciocinar sobre o código usando-se apenas a definição dos tipos das variáveis envolvidas (Conta) • O comportamento do código deveria ser independente do tipo do objeto (Conta, ContaEspecial, ContaImposto) associado a uma dada variável em tempo de execução 48 Reuso sem Subtipos Conta Poupança ContaImpostoM ContaEspecial Reuso preservando Subtipos ContaAbstrata ContaImpostoConta Poupanca ContaEspecial 49 Definindo Classes Abstratas public abstract class ContaAbstrata { private String numero; private double saldo; public ContaAbstrata (String numero) { this.numero = numero; saldo = 0.0; } public void creditar(double valor) { saldo = saldo + valor; } Definindo Classes Abstratas public double getSaldo() { return saldo; } public String getNumeto() { return numero; } public abstract void debitar(double valor); protected void setSaldo(double saldo) { this.saldo = saldo; } } 50 Classes Abstratas • Possibilita herança de código preservando comportamento (semântica) • Métodos abstratos: – geralmente existe pelo menos um – são implementados nas subclasses • Não se criam objetos: – mas podem (devem) ter construtores, para reuso – métodos qualificados como protected para serem acessados nas subclasses Contas: Descrição Modificada public class Conta extends ContaAbstrata { public Conta(String numero) { super (numero); } public void debitar(double valor) { this.setSaldo(getSaldo() - valor); } } 51 Poupanças: Descrição Original public class Poupanca extends Conta { public Poupanca(String numero) { super (numero); } public void renderJuros(double taxa) { this.creditar(getSaldo() * taxa); } } Conta Especial: Descrição Original public class ContaEspecial extends Conta { public static final double TAXA = 0.01; private double bonus; public ContaEspecial (String numero) { super (numero); } public void creditar(double valor) { bonus = bonus + (valor * TAXA); super.creditar(valor); } ... } 52 Conta Imposto: Descrição public class ContaImposto extends ContaAbstrata { public static final double TAXA = 0.0038; public ContaImposto (String numero) { super (numero); } public void debitar(double valor) { double imposto = valor * TAXA; double total = valor + imposto; this.setSaldo(getSaldo() – total); } } Substituição e Ligações Dinâmicas ... ContaAbstrata ca, ca’; ca = new ContaEspecial(¨21.342-7¨); ca’ = new ContaImposto(¨21.987-8¨); ca.debitar(500); ca’.debitar(500); System.out.println(ca.getSaldo()); System.out.println(ca’.getSaldo()); ... 53 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 105 Classes Abstratas: Utilização • Herdar código sem quebrar noção de subtipos, preservando o comportamento do supertipo • Generalizar código, através da abstração de detalhes não relevantes • Projetar sistemas, definindo as suas arquiteturas e servindo de base para a implementação progressiva dos mesmos 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 106 Contas: Projeto OO public abstract class ContaProjeto { private String numero; private double saldo; public abstract void creditar(double valor); public abstract void debitar(double valor); public String getNumero() { return numero; protected setSaldo(double saldo) { this.saldo = saldo; } ... } 54 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 107 Cliente: Projeto OO public abstract class Cliente { private String nome; private RepositorioContatos contatos; ... public void incluirContato(Contato contato) { contatos.incluir(contato); } public abstract Endereco getEndereco(); public abstract Contato getContato(String tipo); ... } Contato: Reuso e Subtipos Contato TelefoneEndereco EndEletronico EndPostal 55 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 109 Contato: Projeto OO public abstract class Contato { private String tipo; public Contato (String tipo) { this.tipo = tipo; } ... public abstract String getInfoRotulo(); } 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 110 public abstract class Endereco extends Contato { public Endereco (String tipo) { super (tipo); } } Endereço: Projeto OO 56 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 111 Endereço Eletrônico: Projeto OO public class EnderecoEletronico extends Endereco { private String email; public EnderecoEletronico(String email) { super (“EnderecoEletronico”); this.email = email; } public String getInfoRotulo() { return (“Email: ” + email); } } 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 112 Endereço Residencial: Projeto public class EnderecoPostal extends Endereco { private String rua; private String cidade; ... public EnderecoPostal(String cidade, String rua, ...) { super (“EnderecoPostal”); this.cidade = cidade; this.rua = rua; ... } public String getInfoRotulo() { return (“Rua: ” + rua + ...); } } 57 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 113 Telefone: Projeto public class Telefone extends Contato { private String ddd; private String numero; public Telefone(String ddd, String numero) { super (“Telefone”); this.numero = numero; this.ddd = ddd; } public String getInfoRotulo() { return (“DDD: ” + ddd + “Numero: “ + numero); } } Pessoa: Reuso e Subtipos Pessoa PessoaFisicaPessoaJuridica 58 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 115 Pessoa: Projeto OO public abstract class Pessoa { private String nome; ... public abstract String getCodigo(); } 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 116 public class PessoaFisica extends Pessoa { private String cpf; ... public String getCodigo() { return cpf; } } Pessoa Física: Projeto OO 59 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 117 public class PessoaJuridica extends Pessoa { private String cnpj; ... public String getCodigo() { return cnpj; } } Pessoa Jurídica: Projeto OO 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 118 public class RepositorioPessoasArray { private Pessoa[] pessoas; ... public Pessoa procurar(String codigo){ Pessoa p = null; boolean achou = false; for (int i=0; i<indice && !achou; i++) { p = pessoas[i]; if (p.getCodigo().equals(codigo)) achou = true; else p = null; } return p; } } 60 Exercícios • Modifique a classe Banco para que seja possível armazenar todos os tipos de contas vistos em aula. Classes Abstratas Resumo • Importância de redefinir métodos preservando a semântica dos métodos originais • Cláusula abstract para classes • Cláusula abstract para métodos • Classes abstratas e projeto e estruturação de sistemas 61 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 121 InterfacesInterfaces 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 122 Herança: Simples × Múltipla • O tipo de herança que usamos até agora é chamado de herança simples pois cada classe herda de apenas uma outra. • Existe também a chamada herança múltipla onde uma classe pode herdar de várias classes. 62 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 123 Herança Múltipla • Herança múltipla não é suportada por todas as linguagens OO. • Esse tipo de herança apresenta um problema quando construímos hierarquias de classes onde uma classe herda duas ou mais vezes de uma mesma superclasse. O que, na prática, torna-se um caso comum. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 124 Problemas de Herança Múltipla • O problema de herdar duas vezes de uma mesma classe vem do fato de existir uma herança de código. A D B C 63 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 125 Compatibilidade de Tipos Inúmeras vezes, quando projetamos uma hierarquia de classes usando herança múltipla, estamos, na verdade, querendo declarar que a classe é compatível com as classes herdadas. Em muitos casos, a herança de código não é utilizada. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 126 Interfaces • Algumas linguagens OO incorporam o conceito de duas classes serem compatíveis através do uso de compatibilidade estrutural ou da implementação explícita do conceito de interface. 64 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 127 Em Java • Java não permite herança múltipla com herança de código. • Java implementa o conceito de interface. • É possível herdar múltiplas interfaces. • Em Java, uma classe estende uma outra classe e implementa zero ou mais interfaces. • Para implementar uma interface em uma classe, usamos a palavra implements. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 128 Exemplo de Interface • Ao implementarmos o TAD Pilha, poderíamos ter criado uma interface que definisse o TAD e uma ou mais classes que a implementassem. interface Stack { boolean isEmpty(); void push(int n); int pop(); int top(); } 65 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 129 Membros de Interfaces • Uma vez que uma interface não possui implementação, devemos notar que: – seus campos devem ser públicos, estáticos e constantes; – seus métodos devem ser públicos e abstratos. • Como esses qualificadores são fixos, não precisamos declará-los (note o exemplo anterior). 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 130 Membros de Interfaces (cont.) • Usando os modificadores explicitamente, poderíamos ter declarado nossa interface da seguinte forma: interface Stack { public abstract boolean isEmpty(); public abstract void push(int n); public abstract int pop(); public abstract int top(); } 66 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 131 Pilha revisitada class StackImpl implements Stack { private int[] data; private int top_index; Stack(int size) { data = new int[size]; top_index = -1; } public boolean isEmpty() { return (top_index < 0); } public void push(int n) { data[++top_index] = n; } public int pop() { return data[top_index--]; } public int top() { return data[top_index]; } } Auditor de Banco public class AuditorB { private final static double MINIMO = 500.00; private String nome; /* ... */ public boolean auditarBanco(Banco banco) { double saldoTotal, saldoMedio; int numeroContas; saldoTotal = banco.saldoTotal() numeroContas = banco.numeroContas(); saldoMedio = saldoTotal/numeroContas; return (saldoMedio < MINIMO); } } 67 Auditor de Banco Modular public class AuditorBM { private final static double MINIMO = 500.00; private String nome; /* ... */ public boolean auditarBanco(BancoModular banco){ double saldoTotal, saldoMedio; int numeroContas; saldoTotal = banco.saldoTotal() numeroContas = banco.numeroContas(); saldoMedio = saldoTotal/numeroContas; return (saldoMedio < MINIMO); } } Problema • Duplicação desnecessária de código • O mesmo auditor deveria ser capaz de investigar qualquer tipo de banco que possua operações para calcular – o número de contas, e – o saldo total de todas as contas. 68 Auditor Genérico public class Auditor { private final static double MINIMO = 500.00; private String nome; /* ... */ public boolean auditarBanco(QualquerBanco banco){ double saldoTotal, saldoMedio; int numeroContas; saldoTotal = banco.saldoTotal() numeroContas = banco.numeroContas(); saldoMedio = saldoTotal/numeroContas; return (saldoMedio < MINIMO); } } Definindo Interfaces public interface QualquerBanco { double saldoTotal(); int numContas(); } 69 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 137 Interfaces • Caso especial de classes abstratas... – todos os métodos são abstratos • provêem uma interface para serviços e comportamentos • são qualificados como public por default – não definem atributos • definem constantes • por default todos os “atributos” definidos em uma interface são qualificados como public, static e final – não definem construtores 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 138 Interfaces • Não se pode criar objetos • Definem tipo de forma abstrata, apenas indicando a assinatura dos métodos • Os métodos são implementados pelos subtipos (subclasses) • Mecanismo de projeto – podemos projetar sistemas utilizando interfaces – projetar serviços sem se preocupar com a sua implementação (abstração) 70 Subtipos sem Herança de Código public class Banco implements QualquerBanco { /* ... */ } public class BancoModular implements QualquerBanco { /* ... */ } implements • classe implements interface1, interface2, ... • subtipo implements supertipo1, supertipo2, ... • Múltiplos supertipos: – uma classe pode implementar mais de uma interface (contraste com classes abstratas...) 71 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 141 implements • Classe que implementa uma interface deve definir os métodos da interface: – classes concretas têm que implementar os métodos – classes abstratas podem simplesmente conter métodos abstratos correspondentes aos métodos da interface Usando Auditores Banco b = new Banco(); BancoModular bm = new BancoModular(); Auditor a = new Auditor(); /* ... */ boolean r = a.auditarBanco(b); boolean r’ = a.auditarBanco(bm); /* ... */ 72 Interfaces e Reusabilidade • Evita duplicação de código através da definição de um tipo genérico, tendo como subtipos várias classes não relacionadas • Tipo genérico pode agrupar objetos de várias classes definidas independentemente, sem compartilhar código via herança, tendo implementações totalmente diferentes • Classes podem até ter mesma semântica... Definição de Classes: Forma Geral class C’ extends C implements I1, I2, ..., In { /* ... */ } C’ CI1 I2 ... In 73 Subtipos com Herança Múltipla de Assinatura interface I extends I1, I2, ..., In { /*... assinaturas de novos métodos ... */ } O que usar? Quando? Classes (abstratas) • Agrupa objetos com implementações compartilhadas • Define novas classes através de herança (simples) de código• Só uma pode ser supertipo de outra classe Interfaces • Agrupa objetos com implementações diferentes • Define novas interfaces através de herança (múltipla) de assinaturas • Várias podem ser supertipo do mesmo tipo 74 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 147 Cadastro de Contas: Parametrização public class CadastroContas { private RepositorioContas contas; public CadastroContas (RepositorioContas r) { if (r != null) contas = r; } /* ... */ } A estrutura para armazenamento das contas é fornecida na inicialização do cadastro, e pode depois ser trocada! 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 148 Repositório: Definição public interface RepositorioContas { void inserir(Conta conta); Conta procurar(String numero); boolean existe(String numero); } 75 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 149 Repositório: Implementações public class ConjuntoContas implements RepositorioContas {...} public class ListaContas implements RepositorioContas {...} public class ArrayContas implements RepositorioContas {...} public class VectorContas implements RepositorioContas {...} 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 150 Cadastro de Contas: Parametrização public void cadastrar(Conta conta) { if (conta != null) { String numero = conta.getNumero(); if (!contas.existe(numero)) { contas.inserir(conta); } } } 76 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 151 Cadastro de Contas: Parametrização public void debitar(String numero, double valor){ Conta conta; conta = contas.procurar(numero); if (conta != null) { conta.debitar(val); } } Exercícios • Que outros mecanismos de Java poderiam ter sido usados para definir o tipo RepositorioContas? • Explique como o mecanismo de interfaces favorece reusabilidade e extensibilidade. Justifique. 77 Interfaces Resumo • Cláusula interface • Cláusula implements • Herança de código versus herança de assinaturas • Interfaces e parametrização de sistemas 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 154 Parametrização de TiposParametrização de Tipos 78 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 155 Limites de Herança O mecanismo de herança que analisamos não resolve alguns problemas. Considere o TAD Pilha que implementamos: Ele define uma pilha de números inteiros mas isso não devia ser (e não é) necessário. Por exemplo, poderia ser útil ter uma pilha de inteiros e uma outra de Point. Podemos criar pilhas específicas mas não podemos criar todas as possíveis... 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 156 Herança × Parametrização • Uma alternativa a criar novas classes para cada diferente tipo de pilha que iremos usar é parametrizar a própria classe que implementa a pilha. • Várias linguagens OO suportam parametrização de tipos. 79 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 157 Parametrização de Tipos • Parametrizar um tipo significa passar o tipo a ser usada em alguma operação como um parâmetro. • No caso da pilha, poderíamos passar o tipo dos elementos que pilha deveria conter como um parâmetro do construtor, por exemplo. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 158 Tipos de Parametrização • Existem dois tipos de parametrização: – Irrestrita quando o tipo a ser usado é recebido e nada é assumido sobre esse tipo; – Restrita quando assume-se que o tipo recebido atende a propriedade qualquer como, por exemplo, possuir uma função de comparação entre seus valores. 80 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 159 Parametrização em Java • Java não provê suporte direto à construção de classes parametrizadas. • Como Java adota o modelo de hierarquia em árvore, com uma superclasse comum a todas as classes, e, além disso, mantém as informações de tipo em tempo de execução, podemos simular um TAD paramétrico usando conversão de tipos. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 160 Verificação de Tipos • Para simularmos parametrização em Java podemos vir a precisar alguma forma de verificação de tipos em tempo de execução. • Java mantém informações de tipo em tempo de execução e nos permite consultá-las. Point pt = new Point(); // pt contém um ponto boolean b = pt instanceof Pixel; // b = false pt = new Pixel(1,2,3); // pt contém um pixel b = pt instanceof Pixel; // b = true 81 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 161 Simulando Parametrização • Podemos mudar a definição do nosso TAD para especificar pilhas de objetos genéricos. interface Stack { boolean isEmpty(); void push(Object obj); Object pop(); Object top(); } 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 162 Aninhamento de ClassesAninhamento de Classes 82 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 163 Aninhamento de Classes • Em diversas circunstâncias precisamos criar classes cujo único objetivo é auxiliar na implementação de uma outra classe. Nesses casos, podemos declarar uma classe aninhada, ou seja, declarar uma nova classe como um membro de uma outra. • Diversas linguagens OO suportam esse recurso. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 164 Aninhamento em Java • Java permite dois tipos diferentes de aninhamento de tipos: – Aninhamento estático; – Aninhamento dinâmico. 83 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 165 Aninhamento Estático • Gera classes e interfaces normais, cuja única singularidade é o nome, que passa a ser qualificado pelo nome da classe que as declara. • Em particular, sendo um membro de uma classe, uma interface ou classe aninhada está sujeita aos modificadores de controle de acesso: public, private, protected e package. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 166 Exemplo de Aninhamento Estático package p; public class A { public static class B { ... } } p.A a = new p.A(); p.A.B b = new p.A.B(); 84 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 167 Aninhamento Dinâmico • Gera classes associadas a objetos. • Cada instância da classe aninhada possui uma referência para o objeto a partir do qual ela é criada. • Como ela está associada a um objeto, ela tem acesso a todos os membros desse objeto. 10/12/200 2 4 -Conceitos OO em Java Prof. Anselmo Cardoso de Paiva 168 void f() { B b = new B(); b.g(); } A B class A { int i; class B { void g() {...} } void f() {...} } void g() { i = 1; } Exemplo de Aninhamento Dinâmico
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