Estruturas. Programação I Cap. 4 - Estruturas. Exemplos de estruturas. Estruturas em Java. Tipos x instâncias. Criando instâncias de estruturas

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1 Estruturas Programação I Cap. 4 - Estruturas Christiano Braga cbraga@ic.uff.br Programas em geral não computam utilizando somente tipos primitivos como os números naturais e texto mas sim com tipos de dados resultantes da composição de outros tipos. Estruturas representam esta composição e implementam essencialmente a noção de produto cartesiano entre conjuntos. 1 2 Exemplos de estruturas Quando você seleciona uma música no seu MP3 player, a entrada dela tem o nome da música, o autor da música, o álbum e talvez um contador no número de vezes que ela foi tocada. Ou seja, a entrada no catálogo de músicas é o resultado da composição dos tipos texto, três vezes, e um natural. A representação matemática de uma entrada no catálogo de música pode ser: Entrada = String x String x String x Int, onde o operador x representa o produto cartesiano. Estruturas em Java Nossos programas até o momento eram codificados na forma de classes com funções. Classes, no entanto, representam uma das formas de definição de tipos em Java. Outras formas são as interfaces e enumerações que serão vistas mais tarde. Uma entrada no catálogo de música pode ser representada em Java pela seguinte declaração de classe: class Entrada 3 4 Criando instâncias de estruturas Tipos x instâncias Elementos de um tipo, também chamados de instâncias de um tipo, são criados em Java em dois passos: 1. Primeiro declaramos uma variável do cujo o tipo é a classe definimos. 2. Instanciamos o tipo através do comando new. Uma instância da classe Entrada pode ser criada da seguinte forma: Entrada e ; e = new Entrada() ; Podemos atualizar os campos de uma estrutura como atualizamos uma variável. O acesso aos campos da estrutura se dá através da chamada notação de ponto. Matematicamente, a notação de ponto representa uma projecão de uma tupla criada através do produto cartesiano entre dois ou mais conjuntos. Continuando o exemplo: e.nome = Even flow ; e.autor = Pearl Jam ; e.album = Ten ; É importante enfatizar a relação entre tipo e instância. No contexto dos tipos primitivos, o número 1 é uma instância dos números naturais, que podem ser representados em Java pelo tipo int. No contexto de estruturas, o objeto < Even flow, Pearl Jam, Ten, 0 > é uma instância do tipo Entrada. Pense em outros exemplos de objetos instâncias do tipo Entrada. Quantas instâncias do tipo Entrada existem? 5 6 1

2 O programa Java até agora... Funções e procedimentos sobre estruturas /** * Proposito: Exemplificar a criacao de estruturas como classes. * A classe Entrada representa um estrutura com as informacoes * de uma musica num catalogo de musicas. */ // album - em qual album a musica apareceu a 1a. vez. // contador - representa o numero de vezes que a musica foi tocada. public static void main(string[] args) Entrada e ; e = new Entrada() ; e.nome = "Even flow" ; e.autor = "Pearl Jam" ; e.album = "Ten" ; Da mesma forma que definimos funções que recebem tipos primitivos como String ou int podemos escrever funções ou procedimentos que recebem estruturas. Por exemplo o procedimento toca que incrementa o contador de uma dada Entrada. static void toca(entrada e) e.contador = e.contador + 1 ; 7 8 Funções e procedimentos sobre estruturas O programa Java até agora... de novo! De maneira similar podemos escrever um procedimento que cria instâncias de estruturas. Estes procedimentos podem ter parâmetros assim como as funções definimos até o momento. static Entrada criarentrada(string nome, String autor, String album) Entrada e = new Entrada() ; e.nome = nome ; e.autor = autor ; e.album = album ; return e ; // album album no qual a musica apareceu // a 1a. vez. // contador - representa o numero de vezes // a musica foi tocada. static Entrada criarentrada(string nome, String autor, String album) Entrada e = new Entrada() ; e.nome = nome ; e.autor = autor ; e.album = album ; return e ; public static void toca(entrada e) e.contador = e.contador + 1 ; public static void main(string[] args) Entrada e ; e = criarentrada("even flow", "Pearl Jam", "Ten") ; System.out.println("Nome = " + e.nome) ; System.out.println("Autor = " + e.autor) ; System.out.println("Album = " + e.album) ; toca(e) ; System.out.println("Contador = " + e.contador) ; // Entrada 9 10 Construtores e métodos Construtor da classe Entrada Java tem uma sintaxe específica para a implementação de procedimentos para a criação de instâncias de classes ao invés de implementarmos procedimentos como o criarentrada. Estes procedimentos são chamados de construtores. O nome de um procedimento construtor leva o mesmo nome da classe a ser instanciada. Em geral, o construtor inicializa os campos da classe sendo instanciada. Entrada(String nome, String autor, String album) this.nome = nome ; this.autor = autor ; this.album = album ; Quais são as diferenças para o procedimento criarentrada?

3 Construtor da classe Entrada O programa Java até agora... outra vez! 1. A assinatura do construtor tem uma sintaxe específica, como dissemos antes. O nome do construtor é o nome da classe sendo instanciada e a declaração do construtor não tem tipo de retorno: está implícito pelo nome do construtor. 2. O construtor não precisa, explicitamente, retornar uma instância da classe. Isso acontece automaticamente. 3. Os campos da instância sendo criada podem ser acessados através da variável especial this que referencia a instância sendo criada. // album - em qual album a musica apareceu a 1a. vez. // contador - representa o numero de vezes que a musica foi tocada. Entrada(String nome, String autor, String album) this.nome = nome ; this.autor = autor ; this.album = album ; public static void toca(entrada e) e.contador = e.contador + 1 ; public static void main(string[] args) Entrada e = new Entrada("Even flow", "Pearl Jam", "Ten") ; System.out.println("Nome = " + e.nome) ; System.out.println("Autor = " + e.autor) ; System.out.println("Album = " + e.album) ; toca(e) ; System.out.println("Contador = " + e.contador) ; Métodos Métodos são como funções ou procedimentos mas que tem um primeiro parâmetro implícito: a instância de uma classe. Em outras palavras, um método é uma função ou procedimento que está sendo aplicada a uma instância específica de um tipo. O procedimento toca escrito como um método na classe Entrada class Entrada //... Todas aquelas declarações... void toca() this.contador = this.contador + 1 ; //... e outras mais O programa Java Orientado a objetos! Versões imperativas e OO Compare o procedimento toca da versão anterior da classe Entrada com esta versão. Compare também os procedimentos main. // album - em qual album a musica apareceu a 1a. vez. // contador - representa o numero de vezes que a musica foi tocada. Entrada(String nome, String autor, String album) Versão imperativa public static void toca(entrada e) e.contador = e.contador + 1 ; public static void main(string[] args) Entrada e = new Entrada("Even flow", "Pearl Jam", "Ten") ; toca(e) ; System.out.println("Contador = " + e.contador) ; Que diferenças você encontra? this.nome = nome ; this.autor = autor ; this.album = album ; void toca() this.contador = this.contador + 1 ; public static void main(string[] args) Entrada e = new Entrada("Even flow", "Pearl Jam", "Ten") ; e.toca() ; System.out.println("Contador = " + e.contador) ; 17 Versão Orientada a objetos void toca() this.contador = this.contador + 1 ; public static void main(string[] args) Entrada e = new Entrada("Even flow", "Pearl Jam", "Ten") ; e.toca() ; System.out.println("Contador = " + e.contador) ; 18 3

4 Receita para projeto de programas revisitada Exercício: pontos num plano Fase Objetivos Atividades Análise de dados e projeto Formular definição de dados. Identificar, na descrição do problema, os diferentes tipos de dados que compõem objetos. Adicionar uma definição de estrutura para cada tipo de objeto. Assinatura da função Nomear os métodos. Nomear os métodos, as classes de entrada de Especificar os tipos de dados de entrada e dados, classes de saída de dados, e especificar retorno dos métodos. seu propósito. Descrever o propósito do método e sua //nome : in1 in2... -> out assinatura. //computar... a partir de x1 Exemplos Relacionar entrada e saída de dados através de Estudar a descrição de problema procurando por Pensar sobre os Validar os resultados, se possível. Produzir novos Implemente uma classe Point que representa um ponto num plano. Implemente um método distancetoorigin que calcule a distância de um dado ponto a origem do plano. Template Produzir um template de função. Para os parâmetros que são estruturas, produzir comentários com expressões representando as projeções apropriadas. Se o método for condicional, produzir comentários com todos os casos a serem cobertos. Declaração Escrever a declaração da função. Escrever um método Java. Testes Descobrir erros. Aplicar os métodos aos valores identificados nos Verificar se os resultados são os esperados Exercício: desenhando num canvas Um canvas é um objeto sobre o qual podemos desenhar. Utilize a classe SimpleCanvas para realizar seu trabalho. Os métodos da classe são os seguintes: 21 Exercício: desenhando num canvas SimpleCanvas(String s) abre uma janela com título s e cria um canvas de 800x600 pontos. void drawline(point p1, Point p2) void eraseline(point p1, Point p2) void drawrectangle(point origin, int width, int height) void eraserectangle(point origin, int width, int height) void drawdisc(point origin, int radius) desenha um círculo cheio com centro em origin e raio radius. void erasedisc(point origin, int radius) void drawcircle(point origin, int radius) desenha uma circunferência (somente o perímetro com centro em origin e raio radius. void erasecircle(point origin, int radius) void setforegroundcolour(color c) void wait(int t) faz com que a execução do programa fique atrasada em t milisegundos. 22 Cores Para que se possa utilizar a classe Color é necessário: 1. Colocar no inicio do programa: import java.awt.* ; Essa declaração faz com que seu programa possa utilizar algumas constantes pré-definidas na classe Color, que reside dentro do pacote java.awt. Pacotes são basicamente conjuntos de classes. Mais sobre pacotes depois. 2. Para passar a cor vermelha como parâmetro ao método setforegroundcolour escreva c.setforegroundcolour(color.red), onde c é um objeto do tipo SimpleCanvas. 23 Exercício: Sinal de trânsito 1. Implemente uma função que desenhe um sinal de trânsito no canvas. Isto é, um retângulo com três círculos dentro. 2. Implemente uma função que faça o sinal ficar vermelho. 3. Implemente uma função que faça o sinal ficar amarelo. 4. Implemente uma função que faça o sinal ficar verde. 5. Implemente um procedimento main que mude a cor do semáforo, 1o. para vermelho, apague todo o sinal, depois amarelo, apague todo o sinal, e finalmente verde e apague todo o sinal. 24 4

5 Inclusão de tipos Já vimos os seguintes tipos básicos (ou prédefinidos) que representam números: int representando os números inteiros. double representando os números reais. O tipo long tem uma capacidade maior para representar os números inteiros. Estes tipos, entendidos como conjuntos, satisfazem a seguinte expressão de inclusão: int long double 25 Coerção entre tipos Uma função, método ou procedimento, pode ser chamada com um valor (parâmetro real) de um tipo menor do que o tipo do seu parâmetro formal, isto é, de um tipo contido no tipo do parâmetro formal. Exemplo: double area(double r) return 3.14 * r * r; public static void main(string[] args) area(2) ; 26 Coerção Inclusão de tipos II E o contrário? Podemos declarar int f(int p) e invocar f(3.14)? Em alguns casos esta perda de precisão é intencional e desejada. Devemos então escrever, por exemplo, f((int) d), com d, por exemplo, uma variável do tipo double. Tipos definidos pelo usuário podem ter uma relação de inclusão da mesma maneira que os tipos primitivos. Consideremos o exemplo de desenho num canvas. Podemos pensar em tipos representando cada uma das formas geométricas que utilizamos. Mais ainda, podemos pensar num tipo que contenha todas as nossas formas geométricas Formas geométricas Rectangle GeometricShape Circle GeometricShape Line GeometricShape GeometricShape Rectangle Circle Line 29 Herança A relação de inclusão entre tipos definidos como classe se chama herança na terminologia de programação orientada a objetos. No exemplo das formas geométricas dizemos que a classe Rectangle herda da classe GeometricShape. Objetos instâncias da classe Rectangle são também instâncias de GeometricShape. 30 5

6 A classe GeometricShape A classe GeometricShape pode ser declarada da seguinte forma: import java.awt.* ; abstract class GeometricShape protected SimpleCanvas canvas ; protected Color color ; GeometricShape(SimpleCanvas sc, Color c) canvas = sc ; color = c ; abstract void draw() ; abstract void erase() ; Classes abstratas Em Java é possível declarar classes abstratas. O significado de uma classe abstrata c é o de um tipo t que somente tem como instâncias elementos que sejam instâncias de subtipos de t, isto é, classes que herdem da classe c. No exemplo das formas geométricas, a classe GeometricShape não terá instâncias. Ao declararmos uma variável do tipo GeometricShape ela somente poderá ficar associada a objetos instâncias de classes que herdem de GeometricShape Classes herdeiras de GeometricShape As classes Rectangle, Circle e Line herdam de GeometricShape. São chamadas classes herdeiras ou filhas de GeometricShape. Cada uma delas implementa os métodos draw e erase a sua maneira. Escopo dos atributos de uma classe Note que os atributos canvas e color da classe GeometricShape foram declarados com o modificador protected. Isso significa que estes atributos podem ser utilizados por instâncias das classes herdeiras. Se o modificador utilizado tivesse sido private, isso não seria possível. Somente instâncias de GeometricShape poderiam acessar estes atributos. Se o modificador fosse public objetos de outras classes poderiam acessar estes atributos A classe RectangleShape import java.awt.* ; class RectangleShape extends GeometricShape private Point origin ; private int width ; private int height ; RectangleShape(SimpleCanvas sc, Color c, Point o, int w, int h) super(sc,c) ; origin = o ; width = w ; height = h ; void draw() canvas.drawrectangle(origin, width, height) ; void erase() canvas.eraserectangle(origin, width, height) ; Classes CircleShape e LineShape Como fica a declaração destas classes?

7 Um exemplo de procedimento main Receita de projeto de programa revisitada import java.awt.* ; Fase Objetivos Atividades class Example public static void main(string[] args) SimpleCanvas sc = new SimpleCanvas("Example") ; Point origin = new Point(100,100) ; GeometricShape s = new RectangleShape(sc, Color.black, origin, 50, 50) ; s.draw() ; sc.wait(500) ; s.erase() ; origin = new Point(150,150) ; s = new CircleShape(sc, Color.black, origin, 50) ; s.draw() ; sc.wait(500) ; s.erase() ; Análise de dados e projeto Formular definição de dados. Identificar, na descrição do problema, os diferentes tipos de dados que compõem objetos. Adicionar uma definição de estrutura (classes) para cada tipo de objeto. Identificar diferentes tipos de classes de dados. Assinatura da função Nomear os métodos. Nomear os métodos, as classes de entrada de dados, Especificar os tipos de dados de entrada e retorno dos classes de saída de dados, e especificar seu métodos. propósito. Descrever o propósito do método e sua assinatura. //nome : in1 in2... -> out //computar... a partir de x1 Exemplos Relacionar entrada e saída de dados através de Estudar a descrição de problema procurando por Pensar sobre os Validar os resultados, se possível. Produzir novos Point p1 = new Point(200, 200) ; Point p2 = new Point(300, 300) ; s = new LineShape(sc, Color.black, p1, p2) ; s.draw() ; sc.wait(500) ; s.erase() ; Template Produzir um template de função. Definir métodos comuns a classes de dados. Para os parâmetros que são estruturas, produzir comentários com expressões representando as projeções apropriadas. Se o método for condicional, produzir comentários com todos os casos a serem cobertos. Declaração Escrever a declaração da função. Escrever um método Java. Implementar os diferentes comportamentos para cada método. Testes Descobrir erros. Aplicar os métodos aos valores identificados nos Verificar se os resultados são os esperados Exercício: Sinal de trânsito revisitado Refaça o exercício do sinal de trânsito utilizando as classes GeometricShape, RectangleShape, CircleShape e LineShape. 39 7