Arv

Læringsmål for forelesningen • Objektorientering – Arv

• Java­programmering – Arv i Java

• Eclipse – Undersøke klassehierarki i Eclipse

1

 

 

Arv (eng: inheritance) • Er en fundamental OO­mekanisme • Arv gir muligheten til definere nye klasser,  basert på eksisterende – vi kan utvide eksisterende klasser – spesialisere eksisterende klasser

• En slik såkalt subklasse, arver alle  egenskapene til superklassen

– instanser av subklassen vil inneholde alle felt og metoder (inkl.  konstruktører) deklarert i både superklassen og subklassen – alle grensesnitt arves, dvs. garanti for implementerte metoder – alle public­ og protected­felt og ­metoder deklarerert i  superklassen, kan refereres til i subklassens kode

2

 

 

Hvorfor arv? • Klassifisering i  klassehierarkier er  en intuitiv organisering  av fenomener i verden

pattedyr hovdyr

– hovdyr er et pattedyr – katt og hund er et rovdyr er et pattedyr – gnager er et pattedyr

rovdyr

katter

gnagere

hunder

• Arv gir mulighet for gjenbruk av kode • Forenkler strukturering av komplekse problemer og  programmer  • 3

 

Mange mener at arv må støttes for at et programmeringsspråk skal  være “ekte” objekt­orientert  

Exception Exception­hierarki RuntimeEx.

IOEx. FileNotFoundEx.

4

IllegalArgumentEx.

NullPointerEx.

NumberFormatEx.

IndexOutOfBoundsEx.

StringI.O.O.B.Ex.  

ArrayI.O.O.B.Ex.  

http://www.falkhausen.de/en/diagram/html/java.util.Collection.html 5

 

   

Lynkurs i arv

Object

• Klasser struktureres  i et hierarki, f.eks.  C1 C2 C1, C11, C12, C2,  C21, C22 • Et objekt laget som  C21 C22 C11 C12 en instans av en  peker på superklassen klasse C, er  instanceof C  og alle C sine  C21 c21 = new C21(); superklasser 6

c21 instanceof C2 = = true

 

 

Typisk to typer bruk av arv • Spesialisering av eksisterende klasse(r) – noen har allerede laget en eller flere klasser i et hierarki, og vår  subklasse skal spesialisere den som passer best – eksempler: • Exception/RuntimeException • JComponent/JPanel

• Vi lager vårt eget klassehierarki, med tett  koblede klasser – superklasse Bok, subklasser Ordbok og Tegneseriealbum

7

 

 

Spesialisering/subklassing av eksisterende klasse(r) • Utgangspunkt: – Eksisterende klassehierarki – Andre klasser som bruker klassene i hierarkiet på en  veldefinert måte

• Eksempler: – Object, +­operatoren og OutputStream/Writer­klassene – Exception/RuntimeException og unntakssystemet – JComponent/JPanel og Swing 8

 

 

Object, +­operatoren og  OutputStream/Writer­klassene • Object

– implisitt superklassen til alle klasser – definerer en del metoder, inkl. String toString(), som alle klasser forventer at finnes

• +­operatoren baserer seg på at toString­metoden kan  brukes for å lage en tekstlig representasjon av et objekt – ”hei” + obj betyr omtrent ”hei”.concat(obj.toString())

• OutputStream/Writer­klassene baserer seg på toString­ metoden

– når en skriver ut objekter, så vil toString­metoden bli brukt til å konvertere objektet  til tekst

• Ved riktig redefinering av toString() så vil vår egen  (Object­sub)klasse gli pent inn i Java sin objekt­til­tekst­ konverteringsmekanisme 9

 

 

Redefinering av toString() • public class Person { private String name; public String toString() { return ”[Person ” + name + ”]”; } } #1: Person

Object­del Person­del

• 10

 

String toString() { ... } boolean equals(Object) { ... } String toString() { ... } String name =

Person har nå to toString()-metoder, men kun den i subklassen er synlig utenifra – –

en metode i en subklasse skygger for en metode med samme navn og parametre i superklassens subklassen kan referere til superklassens ved bruk av super.toString()  

Exception/RuntimeException og  unntakssystemet • throw, catch og throws forventer en Exception­ instans – throw new IllegalArgumentException(...) – catch (IllegalArgumentException iae) – throws IllegalArgumentException

• Viktig distinksjon mellom checked og unchecked  exceptions: – RuntimeException og subklassene er unchecked – Exception og andre subklasser er checked

• Ved riktig bruk av subklassing (visse regler må  overholdes) så vil vår egen (Runtime)Exception­ subklasse gli pent inn i Java sitt unntakssystem 11

 

 

NameValidationException • Person har en setName­metode og regler for  hvilke tegn som tillates i et navn • Hvis reglene ikke overholdes, så skal det kastes en  ny type unntak: NameValidationException • NameValidationException lagrer informasjon om  det nye (ulovlige navnet) og Person­objektet • Ved å subklasse riktig Exception­(sub)klasse, så  vil vår klasse blir brukt av  unntakshåndteringsmekanismen på ønsket måte – checked eller unchecked – riktig logiske klassifisering

12

 

 

NameValidationException •

public class NameValidationException extends IllegalArgumentException { private Person person; private String illegalName;

}

public NameValidationException(Person person, String illegalName) { this.person = person; this.illegalName = illegalName; } public String getMessage() { return illegalName + ” is an illegal name for ” + person; }

#1: NameValidationException

Object ­del

String toString() { ... }

Ill.Arg.Exc. ­del

String toString() { ... } String getMessage() { ... } String getMessage() { ... }

NameVal.Exc.­del 13

 

Person person = String name =

 

Hierarchy­view •

Hvordan ser objektet vårt ut?

•

Velg klassenavnet og trykk F4

#1: NameValidationException

Object ­del

String toString() { ... }

Ill.Arg.Exc. ­del

String toString() { ... } String getMessage() { ... } String getMessage() { ... }

NameVal.Exc.­del 14

Person person = String name =

 

 

Sekvensdiagram #1: NameValidationException

1: toString() // Throwable sin metode 1.1: getLocalizedMessage() // Throwable sin metode 1.1.1: getMessage() // NameValidationException sin metode

• Ved å redefinere riktig metode kan vi skyte vår egen  kode inn i en kallsekvens på strategisk riktig sted • Dette krever at vi forstår hvordan superklassen bruker  sine egne metoder 15

 

 

JComponent/JPanel og Swing • JComponent er en generell GUI­element­klasse • JComponent har en del paint­metoder som kalles  av Swing for å tegne innholdet i GUI­elementet – public void paint(Graphic g) kaller

• protected void paintBorder(Graphics g) • protected void paintComponent(Graphics g) • protected void paintChildren(Graphics g)

• Med subklassing og redefinering av riktig paint­ metode så kan vi lage våre egne GUI­elementer

16

 

 

Sekvensdiagram #1: JComponent 1: paint() 1.1: paintComponent 1.2: paintBorder

paint kaller ­ paintComponent  ­ paintBorder ­ paintChildren

1.3: paintChildren

17

• paintComponent er den som er ”riktigst” å redefinere,  siden paint gjør viktig håndtering av Graphics­objektet  og paintBorder ikke trenger å endres på.   

 

Redefinering av metoder i Eclipse

18

 

 

MyComponent, alt. 1 • liste av firkanter, som tegnes i en løkke

19

 

 

MyComponent, alt. 2 • liste av firkanter, som tegnes i en løkke • utnytter at – Graphics­argumentet alltid er en Graphics2D, som kan litt mer – En Rectangle er en Shape, som kan brukes som argument til  Graphics2D sin draw­metode

20

 

 

Eget klassehierarki, med tett koblede klasser • En bok har en tittel • Ordbøker og tegneseriealbum er bøker – Bok er et generelt begrep, med sine felter – En ordbok er en spesiell type bok

• lar Ordbok­klassen arve egenskaper fra Bok­klassen • definerer i tillegg feltet antallOrd

– Et tegneseriealbum er også en bok • lar Tegneseriealbum­klassen arve egenskaper fra Bok­klassen • definerer i tillegg feltet antallStriper 21

 

 

Ordbok og Tegneseriealbum arver fra Bok • Ordbok – extends Bok, arver dermed tittel­feltet – definerer også eget antallOrd­felt

• Tegneseriealbum – extends Bok, arver dermed tittel­feltet – definerer også eget antallStriper­felt 22

 

 

Definere subklasse • Ny klasse Ordbok • Bok er superclass

23

• Legger til extends Bok

 

 

Begreper knyttet til arv  • Vi sier at Bok er superklassen til Ordbok og  Tegneseriealbum, mens Ordbok og  Tegneseriealbum er subklasser av Bok • Ordbok og Tegneseriealbum er  spesialiseringer av Bok Bok String tittel • Bok er en generalisering av Ordbok og Ordbok Tegneseriealbum Tegneseriealbum int antallOrd

24

 

int antallStriper

 

Instanser og klassetilhørighet • Et objekt instansieres av én  bestemt klasse • Objektet har alle egenskaper  definert i denne klassen og  (alle) dens superklasse(r)

25

#1: Bok tittel = ”Sofies verden” #2: Ordbok tittel = ”Riksmålsordboken” antallOrd = 32768

– #1 er en Bok og har feltet tittel Ordbok­del – #2 er en Ordbok og har Bok­del feltene tittel og antallOrd #2: – #3 er et Tegneseriealbum og har Tegneseriealbum feltene tittel og  tittel = ”Flat firer” antallStriper antallStriper = 128 Tegneseriealbum­del

 

 

Instanser og klassetilhørighet • Vi kan si at et objekt også er en X,  dersom X er (en av) superklassen(e) – #1 er Bok, #2 er både Ordbok og Bok og #3 er både Tegneseriealbum og Bok

• Arving av egenskaper sikrer at Ordbok­objekter og Tegneseriealbum for alle praktiske formål er Bok­objekter

Bok­del 26

 

Tegneseriealbum­del

#1: Bok tittel = ”Sofies verden” #2: Ordbok tittel = ”Riksmålsordboken” antallOrd = 32768

Ordbok­del #2: Tegneseriealbum tittel = ”Flat firer” antallStriper = 128  

Instanser i Eclipse • Sette breakpoint • Kjøre i debug­modus • Bok­subklasser har tittel­ felt og felt definert i egen klasse 27

 

 

Arv av metoder (1) • En subklasse arver alle egenskaper til  superklassen – felter – vanlige metoder – konstruktører arves ikke direkte, men kan brukes av subklassens konstruktør

• Metodene som arves fra en superklasse, kan  kun bruke felt som er definert i  superklassen 28

– f.eks. vil get­ og set­metoder i Bok virke som før, de leser og setter felter i Bok­delen av en Ordbok  

 

Arv av metoder (2) • Flere metoder vi har brukt er egentlig arvet – toString­metoden, som alle objekter har, er egentlig arvet fra  java.lang.Object – assertXXX­metodene, som en finner i JUnit­testene til  JExercise, er arvet fra TestCase­klassen i JUnit­rammeverket

• Dersom en definerer samme metode i en  subklasse, vil denne brukes istedenfor den i  superklassen, jfr. egendefinerte toString­ metoder • Vi sier at en metode som er redefinert i en  subklasse, skygger for den i superklassen 29

 

 

Arving og redefinering av toString­metoden Run

• Redefinerer toString i Bok­klassen: Run

• Redefinerer toString i Ordbok­klassen: Run 30

 

 

Typer, referanser og instanser (1) • To måter å tenke på typer og variabler,  parametre, felter og returverdier – Typen garanterer hva objektet den refererer til har av  egenskaper – Typen begrenser hva slags objekt den kan ha som verdi

• Typen til en variabel/felt avgjør hvilke felt og  metoder det er tillatt å bruke

– Dersom bokaMi er deklarert som Bok, vil bokaMi.tittel være lov, men ikke bok.antallStriper, selv om bokaMi faktisk refererer til en Tegneseriealbum­instans

31

 

 

Typer, referanser og instanser (2) • For å kunne garantere at et objekt har de nødvendige  egenskapene, må en også begrense hva en variabel/felt  kan referere til – Dersom bokaMi er deklarert som Ordbok, kan den ikke referere til (dvs.  tilordnes) et objekt som kun er en Bok.

• En variabel/felt deklarert av type X kan referere til  objekter av type Y, dersom Y er X eller subklasse av X

– En Bok­variabel/felt kan referere til Bok­, Ordbok­ og Tegneseriealbum­objekter,  mens en Object­variabel/felt kan referere til alle type objekter!

• Siden Y har arvet alle egenskapene til X, sikrer det at Y har de garanterte evnene

– En Ordbok­instans kan for alle praktiske formål brukes som en Bok­instans, siden  alle Ordbok­instanser har alle Bok­egenskapene

32

 

 

Typer, referanser og instanser (3) • instanceof­operatoren ( instanceof  ) sjekker om  er av en bestemt klasse,  uavhengig av typen til ­uttrykket • Tabellen viser hvilke objekter som gir true for hvilke  typer: – Object o1 = new Bok(); – Object o2 = new Ordbok(); – Object o3 = new Tegneseriealbum();

instanceof

33

 

o1: Bok

o2: Ordbok

o3: Tegneserie

instanceof Object

?

?

?

instanceof Bok

?

?

?

instanceof Ordbok

?

?

?

instanceof Tegneseriealbum

?

?

?  

Typer, referanser og instanser (3) • instanceof­operatoren ( instanceof  ) sjekker om  er av en bestemt klasse,  uavhengig av typen til ­uttrykket • Tabellen viser hvilke objekter som gir true for hvilke  typer: – Object o1 = new Bok(); – Object o2 = new Ordbok(); – Object o3 = new Tegneseriealbum();

instanceof

34

 

o1: Bok

o2: Ordbok

o3: Tegneserie

instanceof Object

true

true

true

instanceof Bok

true

true

true

instanceof Ordbok

false

true

false

instanceof Tegneseriealbum

false

false

true  

instanceof og casting • instanceof brukes typisk for å sjekke at bruk av et objekts spesifikke  felter og metoder er lov: – Bok bok = new Ordbok(); ... if (bok instanceof Ordbok) { System.out.println(bok.getAntallOrd()); } • •

Vi vet at koden er logisk grei, men det er likevel ikke lov, siden typen til  bok fortsatt ikke kan garantere at objektet har getAntallOrd­metoden Etter å ha testet typen til et objekt, må vi bruke ”casting” for å garantere  overfor Java at objektet har den nødvendige typen, før egenskapen brukes:

• if (bok instanceof Ordbok) { System.out.println(((Ordbok)bok).getAntallOrd()); } 35

 

 

instanceof og casting • Casting tvinger Java til å akseptere at en  objekt(referanse) er av annen (mer  spesialisert) type enn deklarasjonen  garanterer

– Casting til subklasse kalles downcasting, som er det mest vanlige – Casting til superklasse kalles upcasting, som en sjelden gang kan  være nyttig

• objekt kan castes til X dersom objekt instanceof X er true, ellers får en  ClassCastException 36

 

 

Hva vil det altså si å arve? • En klasse definerer egenskaper, i form av  felter og metoder, som instansene vil få • Ved arving/subklassing vil alle  egenskapene definert i superklassen også  gjelde for subklassen • Ekstra egenskaper definert i subklassen  legges til de som er definert i superklassen 37

 

 

Hva med innkapsling? • Innkapslingsprinsippet gjelder fortsatt. • En ny synlighetsmodifikator:  protected  innføres for å definere hvilke  egenskaper i superklassen som blir  synlige i subklassene 38

 

 

Synlighet av arvede egenskaper • Arv krever introduksjon av en ny grad av  synlighet, mellom public og private • Egenskaper markert som protected i en  superklasse er synlige kun i subklassene

– felter markert med protected kan både leses og endres i  subklassen – metoder markert med protected kan både kalles og redefineres  i subklassen

• Merk forskjellen mellom synlighet og eksistens:

– et private­felt er ikke synlig i subklassens kode, men finnes fortsatt – en private­metode er ikke synlig i subklassens kode, men finnes  fortsatt og kan kalles indirekte via synlig metoder

39

 

 

Synlighet av arvede egenskaper • NB! protected­egenskaper skaper  en tettere og ofte uønsket binding  mellom super­ og subklasser – protected skal brukes i tilfeller hvor direkte tilgang  til superklassens egenskaper er nødvendig – metoder som det er meningen/naturlig at skal  redefineres i subklasser bør markeres som  protected – felter bør kun i nødsfall markeres som protected 40

 

 

Innkapsling og arv klasse Methods Client, med tilgang til  public­ metoder

Egenskaper markert med protected er synlig i subklassen

subklasse Methods

41

 

Data

Data  

Mer om redefinering av metoder  (eng: overriding)  • Ved subklassing arves både felter og metoder. • Arv av metoder gjør det mulig å bruke superklassens  metoder på instanser av en subklasse

– toString­metoden definert i Object kan brukes på alle instanser av alle klasser – getTittel­metoden definert i Bok kan brukes på alle Ordbok­instanser

• Dersom en ønsker å erstatte en arvet metode med en egen  implementasjon, defineres bare en metode med samme  synlighet, returverdi og parameter i subklassen – Bok kan definere en alternativ toString­metode med signaturen public String toString(), som setter sammen relevante Bok­felter

42

 

 

Redefinering av metoder • Redefinerte metoder skygger for arvede, slik at metoden  definert i subklassen kalles istedenfor den i superklassen – Bok sin toString­metode blir brukt istedenfor den som er arvet fra Object

• Hvilken metode som kalles er avhengig av klassen som  objektet er laget av, ikke typen til referansen – Ordbok ordbok = new Ordbok(); // kaller toString-metoden definert i Ordbok System.out.println(ordbok); Bok bok = ordbok; // kaller fortsatt toString-metoden definert i Ordbok System.out.println(bok);

43

Object objekt = bok; // kaller fortsatt toString-metoden definert i Ordbok System.out.println(objekt);  

 

Redefinering av metoder • Det er det faktiske objektet som avgjør  hvilken metode som velges, ikke typen  til uttrykket, men typen til uttrykket  begrenser hvilke metoder som kan  brukes • Skygging av metoder kan imidlertid  være problematisk... 44

 

 

Legger til valideringskode i Bok  sin setTittel­metode • Sjekker om tittelen inneholder ulovlige bokstaver

• Det er viktig at subklasser ikke omgår denne  sjekken, men er med på å sikre at reglene for Bok  sin oppførsel følges 45

 

 

Oppgave: Definer en alternativ  setTittel­metode for Ordbok, som  sikrer at tittelen til en Ordbok slutter  på ”ordbok” Sjekker om tittel slutter på  ”ordbok” og i tilfelle ikke, legger  til ”ordbok” 46

 

 

Alternativ setTittel­metode • Redefinerer setTittel i Ordbok­klassen: – samme signatur som setTittel i Bok­klassen – sjekker endelsen og legger evt. til ”ordbok”­endelsen

• To problemer:

– tittel­feltet må være protected og ikke private, for at  Ordbok sin setTittel­metode skal kunne endre tittel­feltet – Bok sin setTittel­metode inneholder egen valideringskode, som  burde vært duplisert i Ordbok sin setTittel­metode

• Forslag til løsning? 47

 

 

Ved redefinering av en metode i en subklasse, hadde det vært fint å kunne bruke  superklassen sin metode, slik at en  slipper å duplisere kode (og logikk) Java gir oss muligheten til å kalle  metoder i superklassen fra en  subklasse, selv disse er redefinert i  subklassen 48

 

 

super.<metode>(...)­ konstruksjonen • Med super som prefiks kan en kalle en metode i superklassen, selv om denne er redefinert i subklassen! • Dette løser begge våre problemer

– vi kan deklarere tittel­feltet som private, siden vi kan sette den vha.  Bok (altså superklassen) sin setTittel­metode – vi kan kalle Bok sin setTittel­metode med en evt. endret tittel, og være  sikker på at denne valideres iht. Bok sine egne regler

• Merk at super.<metode>(...)

– kan kalles fra alle metoder i subklassen, ikke bare fra <metode> – kun kan brukes for å kalle metoder definert i den direkte superklassen, og  ikke metoder i super­superklassen

49

• this­referansen vil være den samme

 

 

super gjør det mulig å (gjen)bruke  superklassens metoder, selv om de  redefineres i subklassen Det er som om Ordbok består  av én Bok­ eller super­del og  én egen Ordbok­del, og super  gir mulighet til å referere til  metoder i super­delen 50

 

super­ del egen del

#1: Ordbok ... void setTittel(String) super

... void setTittel(String)

 

Redefinering av konstruktører • En konstruktør er en spesiell metode som kalles ifm.  initialisering av en nyopprettet instans. • super(...) MÅ brukes for å kalle superklassens  konstruktør, slik at en sikrer at også super­delen blir riktig  og skikkelig initialisert. • super(...) MÅ stå først i konstruktøren, for å sikre at  superklassens felter initialiseres før subklassens! • I Bok­klassen:

– initialiserer tittel­feltet

• I Ordbok­klassen:

51

 

– kaller superklassen sin konstruktør – initialiserer antallOrd­feltet – alternativt kunne en fjernet antallOrd­parametret og initialiseringen av det, men konstruktøren MÅ defineres

 

Kallsekvens • main­metode – lager en Ordbok­instans og endrer tittelen

52

 

 

Redefinering vs. overlasting (overriding vs. overloading) • Redefinering

– Metoder med like parameterlister (og returtyper) i ulike super­ og  subklasser – Hvilken faktisk instans metoden kalles på, avgjør hvilken metode som  kalles – Metoden som kalles avgjøres dynamisk ved utførelsen

• Overlasting

– Metoder med ulike parameterlister (antall og type), som ikke har annet  felles enn navnet. – Hvilken metode(variant) som kalles, avgjøres av den deklarerte typen til  parametrene – Metoden som kalles avgjøres statisk ved kompilering

• Ved kombinasjon av overlasting og redefinering

– først brukes de deklarerte typene til parameterlista tilsvarende overlasting – deretter kalles den mest spesifikke metoden på instansen

53

 

 

Konstruktører kan også  overlastes • Flere konstuktører med ulike parameterlister kan defineres • En konstruktør kan kalle en annen definert i samme klasse  med this(...) • this(...)­konstruksjonen er analogt med bruk av super(...): Den navnløse konstruktørmetoden i egen (this) eller superklassen (super) kalles • NB! Dersom en konstruktør må kalle en annen, må dette  skje i første linje!!! 54

 

 

Læringsmål for forelesningen • Objektorientering – Arv

• Java­programmering – Arv i Java

• Eclipse – Undersøke instanser i Eclipse

55