Programação por Objectos. Java

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1 Programação por Objectos Java Parte 6: Herança e Polimorfismo Java 1/52

2 Herança revisão A herança é um mecanismo em que a subclasse constitui uma especialização da superclasse. A superclasse pode ser vista como generalização das subclasses. A herança é dita como uma relação is-a. As subclasses herdam os atributos e métodos das superclasses. Os métodos herdados podem ser modificados. Novos atributos e métodos podem ser adicionados às subclasses. Java 2/52

3 Herança revisão O polimorfismo ocorre quando há múltipla definição, ou redefinição, de métodos da superclasse nas subclasses, com a mesma assinatura. Em OO o polimorfismo é normalmente implementado através de ligação dinâmica, i.e., o método a ser executado é determinado apenas em tempo de execução (e não em tempo de compilação). Java 3/52

4 Herança revisão Na herança simples cada subclasse tem apenas uma superclasse (directa). Na herança múltipla uma subclasse pode ter mais do que uma superclasse (directa). Java 4/52

5 Herança (1) O Java adopta as seguintes estratégias na herança: Só há herança simples de classes. Todas as classes são subclasses de Object (explícita ou implicitamente). A subclasse herda todos os atributos e métodos das superclasses. Os construtores não são métodos, e por isso não são herdados. Os atributos private não são visiveis na subclass, os atributos protected e public mantem a mesma visibilidade. No caso de atributos e métodos sem qualificador de visibilidade (visibilidade de pacote), a subclasse herda estes atributos e métodos se estiver definida no mesmo pacote que a superclasse, e apenas neste caso. Java 5/52

6 Herança (2) Se a subclasse declarar um método com o mesmo identificador e parâmetros (número e tipo) que uma das superclasses, então a subclasse redefine esse método. Se a subclasse declarar um atributo com o mesmo identificador que uma das superclasses, então o atributo da subclasse esconde o atributo da superclasse (mas continua a existir!) Java 6/52

7 Herança (3) Sintaxe Qualif* class Ident [ extends IdentC] [ implements IdentI [,IdentI]* ] { [ Atributos Métodos ]* Qualif: qualificador (visibilidade, entre outros) Ident: identificador da classe extends IdentC: especialização de superclasse implements IdentI: realização de interfaces Java 7/52

8 Herança (4) public class ContaPrazo extends Conta { private static float juro=0.05; private long inicio; private int intervalo; public void vencimentojuros() { long today = System.currentTimeMillis(); if(today==inicio+intervalo) { quantia *= (1+juro); inicio = today; Java 8/52

9 Construtores em subclasses (1) É da responsabilidade da subclasse inicializar os atributos definidos na sua classe, assim como os atributos que herda das suas superclasses. O construtor da subclasse pode delegar a inicialização dos atributos herdados para a superclasse, chamando, implicita ou explicitamente, o construtor da superclasse. Um construtor da subclasse pode fazer uma chamada explícita dum construtor da superclasse através do super(). Se o construtor da superclasse tiver N parâmetros, estes devem ser passados na chamada explícita: super(param1,...,paramn). Se existir, a chamada explícita do construtor da superclasse deve ser a primeira instrução no construtor. Java 9/52

10 Construtores em subclasses (2) Pode se chamar outro construtor da classe usando o this(parametros). Se nenhum construtor da superclasse é chamado, ou se nenhum construtor da classe é chamado, como primeira instrução do construtor, o construtor sem argumentos da superclasse é implicitamente chamado antes de qualquer instrução no construtor. Se a superclasse não tiver um construtor sem argumentos, é necessário chamar explicitamente um construtor da superclasse. Note que um construtor implícito é automaticamente criado se não existir mais nenhum construtor, mas apenas neste caso. Java 10/52

11 Construtores em subclasses (3) public class A { protected int a; A() { a = 5; A(int var) { a = var; Não é necessário chamar explicitamentesuper() poissuper() é implicitamente chamado! public class DuplicaA extends A { DuplicaA () { a *= 2; DuplicaA (int var) { super(var); a *= 2; Java 11/52

12 Construtores em subclasses (4) public class A { protected int número; A(int num) { número=num; public class B extends A { protected String nome= não-definido ; B() { super(-1); É necessário chamar explicitamente super(-1) pois a superclasse não tem construtor sem argumentos! B(int num) { super(num); B(int num, String str) { this(num); nome = str; Java 12/52

13 Construtores em subclasses (5) Quando um objecto é criado, é afectada memória para todos os seus atributos, incluindo os herdados das superclasses. Os atributos são inicializados com um valor por omissão, dependendo do seu tipo. Após isto a construção tem 3 fases: 1. Chamar o construtor da superclasse (através de uma chamada implícita ou explícita). Se uma chamada a this(parametros) é encontrada então esta é efectuada e o processo reinicia-se no novo construtor. Se houver uma chamada super(parametros) é encontrada então é chamado o construtor da super classe correspondente. Caso contrário e chamado o constructor por defeito da super class. Este processo é repetido até chegar a object. Java 13/52

14 Construtores em subclasses (6) Nesta fase, qualquer expressão que é passada como argumento ao construtor explícito não deve incluir nem atributos nem métodos do objecto a ser criado. 2. Inicializar os atributos (inicialização na declaração dos mesmos e através de blocos de inicialização). Nesta fase, referências para outros membros do objecto a ser criado são permitidas, desde que estas já tenham sido declaradas. 3. Chamar o corpo do construtor. Java 14/52

15 Construtores em subclasses (7) Quando é criado um objecto do tipo B public class A { protected int a=1; protected int total; A() { total=a; public class B extends A { protected int b=2; B () { total+=b; a b total 1. Atributos com valores por omissão Construtor de B é chamado Constructor de A é chamado (super()) Construtor Object é chamado Inicialização dos atributos dea Execução do construtor dea Inicialização dos atributos deb Execução do construtor deb Java 15/52

16 Herança e redefinição Numa classe derivada podem: ser adicionados novos atributos e métodos à classe. ser redefinidos métodos na classe. Java 16/52

17 Herança e redefinição Um método da subclasse é considerado uma redefinição dum método da superclasse se: Ambos têm o mesmo identificador e parâmetros (número e tipo). O tipo de retorno é covariante: Se o tipo de retorno é uma referência, então o método redefinido pode declarar como tipo de retorno um subtipo do tipo de retorno do método da superclasse. Se o tipo de retorno é um tipo primitivo, então o tipo de retorno do método redefinido tem que ser idêntico ao tipo de retorno do método da superclasse. Java 17/52

18 Herança e redefinição Um método só pode ser redefinido na subclasse se for visível da superclasse para a subclasse. Se um método definido na superclasse não é visível na subclasse então não é herdado. Se um método não é herdado, mesmo que um método com o mesmo identificador, mesmos parâmetros (número e tipo) e retorno covariante seja definido na subclasse, este método não é uma redefinição do método na superclasse. Java 18/52

19 Herança e redefinição A visibilidade dos métodos redefinidos pode ser diferente da dos métodos da superclasse, mas apenas para dar mais acesso. Por exemplo, um método declarado na superclasse como protected pode ser redefinido protected ou public, mas não private ou com visibilidade de pacote. Java 19/52

20 Herança e redefinição Um método de instância não pode ter o mesmo identificador tipo e número de parâmetros que um método estático herdado, e vice-versa, ou seja não podemos passar um método para estático ou não estático. Um método redefinido pode ser declarado abstracto, mesmo que o método da superclasse não o seja. Java 20/52

21 Herança e redefinição A propriedade final dos parâmetros dum método duma superclasse, pode ser retirada ou colocada num método redefinido (trata-se apenas um detalhe de implementação). Um método redefinido pode ser declarado final, mas obviamente o método na superclasse não o poderia ser. Java 21/52

22 Herança e redefinição A redefinição de métodos que substituem uma sequência de parâmetros por uma tabela é possível, mas é desanconselhável. Um método de argumento variável, com uma sequência de parâmetros T, tem a mesma assinatura que um método que converte essa última sequência de parâmetros na tabela T[]. Java 22/52

23 Herança e redefinição Se um método definido numa subclasse tiver o mesmo identificador, mas diferente número ou tipo de parâmetros, que um método (visível) da superclasse então é uma sobreposição. Se um método definido numa subclasse tiver o mesmo identificador, mesmos número e tipo de parâmetros, mas o retorno não for covariante relativamente a um método (visível) da superclasse então existe um erro de compilação. Java 23/52

24 Herança e redefinição Um atributo da superclasse que é declarado na subclasse com o mesmo nome (independentemente do tipo) é escondido. Não há redefinição de atributos, estes são sempre escondidos. O atributo da superclasse continua a existir, mas deixa de ser possível à subclasse aceder-lhe directamente. É necessário usar a referência super, ou outra referência para o objecto da superclasse, para aceder ao atributo escondido. Java 24/52

25 Polimorfismo Numa hierarquia de classes, quando há redefinição de um método a sua implementação é substituída. Na presença de uma referência para um objecto na hierarquia de classes, a chamada sobre esse objecto ao método redefinido refere-se ao método de que classe? Quando um método é chamado através de uma referência para um objecto, a classe de instânciação do objecto (não necessariamente a classe de declaração) dita a implementação a ser usada. SuperClasse sub = new SubClasse(); classe de declaração de sub classe de instanciação de sub Java 25/52

26 Polimorfismo A classe de declaração de um objecto é determinada em tempo de compilação. O compilador tem acesso a essa informação na própria declaração da referência. Conta conta = new ContaOrdem(); Conta conta;... //num outro ponto do programa conta = new ContaOrdem(); Java 26/52

27 Polimorfismo A classe de instânciação de um objecto é determinada apenas em tempo de execução. A classe de instânciação pode sempre ser de uma classe mais abaixo na hierarquia, relativamente à classe declarada. A instanciação de um objecto pode ser feita num ponto do programa completamente diferente do ponto onde a declaração foi feita. Apenas o fluxo do programa dirá qual a classe de instanciação. Conta conta;... //num outro ponto do programa Conta = new ContaOrdem(); Java 27/52

28 Polimorfismo public class Conta { protected String str = Conta ; public void imprime() { System.out.println( ComtaImprime(): +str); public class ContaOrdem extends Conta { protected String str = ContaOrdem ; public void imprime() { System.out.println( ContaOrdemImprime(): +str); Java 28/52

29 Polimorfismo //... Continuação do slide anterior public static void main(string[] args) { ContaOrdem contaordem = new ContaOrdem(); Conta conta = contaordem; conta.imprime(); contaordem.imprime(); System.out.println( conta.str = +conta.str); System.out.println( contaordem.str = +contaordem.str ); No terminal é impresso: Notar que os métodos são redefinidos mas não os atributos ContaOrdemImprime(): ContaOrdem ContaOrdemImprime(): ContaOrdem conta.str = Conta contaordem.str = ContaOrdem Java 29/52

30 Polimorfismo Relativamente ao slide anterior: A classe de declaração e instanciação de contaordem é contaordem. contaordem é tipo contaordem. contaordem contem um objecto contaordem. A classe de declaração de conta é Conta mas a instanciação de conta écontaordem. conta é tipo conta. Conta contem um objecto contaordem definido em memória. Java 30/52

31 Polimorfismo Exemplo: num jogo existem três objectos Nave, Asteróide e Meteoro. Para uma das nove colisões possíveis pretende-se chamar um método diferente, determinado em tempo de compilação: Public abstract Classe ObjectoJogo { abstract colisão(objectojogo outro); Java 31/52

32 Polimorfismo Public abstract Classe Nave { colisão(objectojogo outro){ outro.colisãocomnave(this); colisãocomnave(nave outro){ colisãocomasteroide(asteroide outro){ colisãocommeteoro(meteoro outro){ Public abstract Classe Asteroide { colisão(objectojogo outro){ outro.colisãocomasteroide(this); colisãocomnave(nave outro){ colisãocomasteroide(asteroide outro){ colisãocommeteoro(meteoro outro){ Public abstract Classe Meteoro { colisão(objectojogo outro){ outro.colisãocommeteoro(this); colisãocomnave(nave outro){ colisãocomasteroide(asteroide outro){ colisãocommeteoro(meteoro outro){ Java 32/52

33 Referência super (1) A referência super está disponível em todos os métodos de instância duma subclasse. No acesso a atributos e chamada de métodos, a referência super funciona como uma referência vista como uma instância da superclasse. A chamada super.método usa sempre a implementação do método da superclasse (definido ou herdado). Java 33/52

34 Referência super (2) public class SuperClasse { protected void nome() { System.out.println( SuperClasse ); public class SubClasse extends SuperClasse { protected void nome() { System.out.println( SubClasse ); Java 34/52

35 Referência super (3) //... Continuação do slide anterior protected void imprimenome() { SuperClasse sup = (SuperClasse) this; System.out.print( this.nome(): ); this.nome(); System.out.print( sup.nome(): ); sup.nome(); System.out.print( super.nome(): ); super.nome(); No terminal é impresso this.nome(): SubClasse sup.nome(): SubClasse super.nome(): SuperClasse Java 35/52

36 Membros estáticos (1) Os membros estáticos duma classe, atributos ou métodos, não podem ser redefinidos, são sempre escondidos. Se uma referência é usada para aceder aos membros estáticos, o membro a aceder é sempre determinado pela classe de declaração da referência. Java 36/52

37 Membros estáticos (2) public class SuperClasse { protected static String str = SupCStr ; public static void imprime() { System.out.println( SuperCImprime(): +str); public class SubClasse extends SuperClasse { protected static String str = SubCStr ; public static void imprime() { System.out.println( SubCImprime(): +str); Java 37/52

38 Membros estáticos (3) //... Continuação do slide anterior public static void main(string[] args) { SubClasse sub = new SubClasse(); SuperClass sup = sub; sup.imprime(); sub.imprime(); System.out.println( sup.str = +sup.str); System.out.println( sub.str = +sub.str; No terminal é impresso SupCImprime(): SupCStr SubCImprime(): SubCStr sup.str = SupCStr sub.str = SubCStr Java 38/52

39 Conversão explícita (1) Um cast é usado para dizer ao compilador que uma expressão deve ser vista como tendo o tipo espeficicado pelo cast. Upcast: cast de um classe para outra acima na hierarquia de classes (de subclasse para superclasse, não necessariamente directa). Downcast: cast de uma classe para outra abaixo na hierarquia de classes (de superclasse para subclasse, não necessariamente directa). Se o objecto não pertencer a classe especificada é gerado um excepção de tempo de execução. O upcast é também conhecido como cast seguro, porque é sempre válido. No o downcast é verificado em tempo de execução. Java 39/52

40 Conversão explícita (2) No Java, um atributo ou variável local de uma superclasse pode referenciar qualquer das suas subclasses. No entanto, só podem ser (directamente) chamados os atributos e métodos definidos na superclasse. Ou seja o objecto é tratado como se fosse da superclasse. public class A { void foo() { public class B extends A { void b() { public class Armazem { A var[] = new A[2]; void xpto(){ var[0] = new A(); var[0].foo(); var[1] = new B(); var[1].foo(); Java 40/52

41 Conversão explícita (3) Relativamente ao exemplo anterior: Tanto var[0] como var[1] não têm acesso (directo) ao método foo() de B (mesmo tendo sido var[1] instanciado como um objecto de tipo B). No entanto, var[1] pode aceder ao método b() através dum downcast:((b)var[1]).b(); Se a subclasse B redefinir o método foo(), qual o código executado na chamada var[1].foo()? Executa-se sempre o método mais abaixo na hierarquia de classes, portanto a resposta correcta seria foo() de B (ver slide 25). Java 41/52

42 Herança e sobreposição (1) Uma classe X diz-se compatível (assignment compatible) com uma classe Y se: X=Y, ou X é uma subclasse de Y (directa ou indirecta) Uma classe X é mais específica que classe Y X é uma subclasse de Y (directa ou indirecta) Z Y A compatibilidade também pode ser aplicada a tipos primitivos, usando-se neste caso a ordenação dada na conversão implícita dos mesmos: byte->short->int->long->float->double X Java 42/52

43 Herança e sobreposição (2) Quando um método é chamado e há sobreposição de métodos, de tal forma que o tipo dos parâmetros dos métodos sobrepostos se encontram numa mesma hierarquia, o compilador escolhe o método mais específico (se existir). A determinação do método a chamar é feita em tempo de compilação, baseada no tipo declarado das referências passadas aos métodos, e no valor dos argumentos. Este processo determina apenas qual o método a chamar, não qual a implementação. Em tempo de execução, a classe de instanciação do objecto sobre o qual o método é chamado é que vai determinar qual a implementação do método, escolhido em tempo de compilação, que vai ser usada. Java 43/52

44 Herança e sobreposição (3) Determinação do método mais específico: 1. Determinar a classe sobre a qual procurar pelo método. 2. Determinar todos os métodos dessa classe que possam ser aplicados: a) Métodos com visibilidade correcta. b) Métodos com o mesmo identificador. c) Métodos que possam receber o número de argumentos passados. d) Métodos cujos tipos dos parâmetros sejam compatíveis com os tipos declarados das referências passadas como argumento. Java 44/52

45 Herança e sobreposição (4) 2. (cont.) A compatibilidade dos tipos em 2.d) é feita em 3 fases: i. A compatibilidade é considerada sem tentar nenhuma conversão de embrulho (boxingconversion), e sem considerar a possibilidade de número variável de argumento. ii. iii. Se 1. falhar, a compatibilidade é considerada com a possibilidade de conversão de embrulho (boxing conversion). Se 2. falhar, a compatibilidade é considerada com a possibilidade de número variável de argumentos. Java 45/52

46 Herança e sobreposição (5) São eliminados todos os métodos m em todos os argumentos sejam superclasses dos argumentos de outro métodom todo. Ou seja aqueles em que exista um método com todos os argumentos mais específicos que os de outro método. Exemplo: O Método3 é eliminado porque todos seus argumento são super classes tanto Metodo1 como de Método2. Método2 e Método1 não são eliminados porque alguns dos seus argumentos são superclasses do outro enquanto que outros são subclasses. Nenhum dos métodos é definitivamente o mais especifico que outro e um erro de compilação será gerado. Chamada do método: foo( 123, abc ); Método1: Void foo(string a, Object b); Método2: Void foo(object a, String b); Método3: Void foo(object a, Object b); Java 46/52

47 Herança e sobreposição (6) 4. Determinar o método a chamar: a) Se apenas um método foi escolhido em 3., esse método é o mais específico e é chamado. b) Se foi escolhido mais de um método em 3. temos duas hipóteses: i. Se os métodos têm assinaturas diferentes, a chamada é ambígua e o código que o chama é inválido. ii. Se os métodos têm a mesma assinatura temos três hipóteses: Se todos os métodos são abstractos, é escolhido um ao acaso. Se apenas um método não é abstracto, é escolhido esse método. De qualquer outra forma a chamada é ambígua e o código que o chama é inválido. Java 47/52

48 Herança e sobreposição (7) Sobremesa Bolo Scone As seguintes chamadas: xpto(sobremesaref, sconeref); xpto(bolochocref, sobremesaref); xpto(bolochocref, sconeamanteigadoref); xpto(boloref, sconeref); xpto(sconeref, boloref); resultam na chamada de que forma do métodoxpto? BoloChocolate SconeAmanteigado void xpto(sobremesa d, Scone s) {... // 1ª forma void xpto(bolo c, Sobremesa d) {... // 2ª forma void xpto(bolochocolate cc, Scone s) {... // 3ª forma void xpto(sobremesa... ds) {... // 4ª forma Java 48/52

49 Herança e sobreposição (8) Sobremesa Relativamente ao exemplo anterior: xpto(dessertref, sconeref); resulta na chamada da 1ª forma do métodoxpto. xpto(chocolatecakeref, dessertref); resulta na chamada da 2ª forma do métodoxpto. xpto(chocolatecakeref, butteredsconeref); resulta na chamada da 3ª forma do métodoxpto. xpto(cakeref, sconeref); é inválida. xpto(sconeref, cakeref); resulta na chamada da 4ª forma do métodoxpto. Bolo BoloCh ocolat e Scone Scone Amant eigad o Java 49/52

50 Herança e sobreposição (9) No exemplo anterior, xpto(boloref, sconeref); é uma chamada inválida, contudo: Com o cast(sobremesa)boloref a chamada xpto((sobremesa)boloref, sconeref); resultaria na chamada da 1ª forma de xpto. Com o cast(sobremesa)sconeref a chamada xpto(boloref, (Sobremesa)sconeRef); resultaria na chamada da 2ª forma de xpto. Java 50/52

51 Herança e sobreposição (10) void xpto(byte b) {... void xpto(short s) {... void xpto(int i) {... void xpto(long i) {... void xpto(float f) {... void xpto(double d) {... // 1ª forma // 2ª forma // 3ª forma // 4ª forma // 5ª forma // 6ª forma As seguintes chamadas: xpto(byteref); xpto(shortref); xpto(intref); xpto(longref); xpto(floatref); xpto(doubleref); resultam na chamada de que forma do método xpto? (cuidado com conversões de boxing e unboxing) Java 51/52

52 Herança e sobreposição (11) Relativamente ao exemplo anterior: xpto(byteref); resulta na chamada da 1ª forma do métodoxpto. xpto(shortref); resulta na chamada da 3ª forma do métodoxpto. xpto(intref); resulta na chamada da 3ª forma do métodoxpto. xpto(longref); resulta na chamada da 5ª forma do métodoxpto. xpto(floatref); resulta na chamada da 5ª forma do métodoxpto. xpto(doubleref); resulta na chamada da 6ª forma do métodoxpto. Java 52/52

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