Programação por Objectos. Java

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1 Programação por Objectos Java Parte 6: Herança e Polimorfismo LEEC@IST Java 1/50

2 Herança revisão (1) 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. LEEC@IST Java 2/50

3 Herança revisão (2) 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). LEEC@IST Java 3/50

4 Herança revisão (3) Na herança simples cada subclasse tem apenas uma superclasse (directa). Na herança múltipla uma subclasse pode ter mais do que uma superclasse (directa). Java 4/50

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 com visibilidade public ou protected (mas não private) das superclasses. 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. Os construtores não são métodos, e por isso não são herdados. LEEC@IST Java 5/50

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!) LEEC@IST Java 6/50

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 LEEC@IST Java 7/50

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; LEEC@IST Java 8/50

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 da superclasse deve ser a primeira instrução no construtor. LEEC@IST Java 9/50

10 Construtores em subclasses (2) Pode deferir-se a escolha de qual construtor da superclasse a chamar, chamando explicitamente um dos construtores da classe, usando o this (em vez do super). 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. LEEC@IST Java 10/50

11 Construtores em subclasses (3) public class A { protected int a; A() { a = 5; A(int var) { a = var; Não é necessário chamar explicitamente super() pois super() é implicitamente chamado! public class DuplicaA extends A { DuplicaA () { a *= 2; DuplicaA (int var) { super(var); a *= 2; LEEC@IST Java 11/50

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; LEEC@IST Java 12/50

13 Construtores em subclasses (5) Quando um objecto é criado, é afectada memória para todos os seus atributos, incluindos 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 explícita a this é encontrada então é seguida a cadeia de chamadas até se chegar a um ponto em que é chamado o construtor da superclasse. O construtor da superclasse é chamado nas mesmas 3 fases (recursivamente, até se chegar a Object). LEEC@IST Java 13/50

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. LEEC@IST Java 14/50

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 de A Execução do construtor de A Inicialização dos atributos de B Execução do construtor de B LEEC@IST Java 15/50

16 Herança e redefinição (1) Numa classe derivada podem: ser adicionados novos atributos e métodos à classe. ser redefinidos métodos na classe. LEEC@IST Java 16/50

17 Herança e redefinição (2) 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. LEEC@IST Java 17/50

18 Herança e redefinição (3) 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. LEEC@IST Java 18/50

19 Herança e redefinição (4) 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. LEEC@IST Java 19/50

20 Herança e redefinição (5) Um método de instância não pode ter o mesmo tipo e número de parâmetros que um método estático herdado, e vice-versa. Um método redefinido pode ser declarado abstracto, mesmo que o método da superclasse não o seja. LEEC@IST Java 20/50

21 Herança e redefinição (6) 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. LEEC@IST Java 21/50

22 Herança e redefinição (5) 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[]. LEEC@IST Java 22/50

23 Herança e redefinição (6) 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. LEEC@IST Java 23/50

24 Herança e redefinição (7) 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. LEEC@IST Java 24/50

25 Polimorfismo (1) 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 LEEC@IST Java 25/50

26 Polimorfismo (2) 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. SuperClasse sub = new SubClasse(); SuperClasse sub;... //num outro ponto do programa sub = new SubClass(); LEEC@IST Java 26/50

27 Polimorfismo (3) 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 instânciação 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. SuperClasse sub;... //num outro ponto do programa sub = new SubClasse(); LEEC@IST Java 27/50

28 Polimorfismo (4) public class SuperClasse { protected String str = SupCStr ; public void imprime() { System.out.println( SupCImprime(): +str); public class SubClasse extends SuperClasse { protected String str = SubCStr ; public void imprime() { System.out.println( SubCImprime(): +str); LEEC@IST Java 28/50

29 Polimorfismo (5) //... 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 SubCImprime(): SubCStr SubCImprime(): SubCStr sup.str = SupCStr sub.str = SubCStr LEEC@IST Java 29/50

30 Polimorfismo (6) Relativamente ao slide anterior: A classe de declaração e instanciação de sub é SubClasse. A referência sub foi declarada como sendo do tipo SubClasse. Foi afectada memória para sub como sendo um objecto do tipo SubClasse. A classe de declaração de sup é SuperClasse. A referência sup foi declarada como sendo do tipo SuperClasse. A classe de instanciação de sup é SubClasse. Em memória sup é um objecto do tipo SubClasse (cópia de referências por atribuição, ver slide 26 de Java - parte 3: métodos). O mesmo aconteceria se tivessemos sub = new SubClasse(); LEEC@IST Java 30/50

31 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). LEEC@IST Java 31/50

32 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 ); LEEC@IST Java 32/50

33 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 LEEC@IST Java 33/50

34 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. LEEC@IST Java 34/50

35 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); LEEC@IST Java 35/50

36 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 LEEC@IST Java 36/50

37 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). O upcast é também conhecido como cast seguro, porque é sempre válido. LEEC@IST Java 37/50

38 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 métodos definidos na superclasse. acedidos os atributos declarados na 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(); LEEC@IST Java 38/50

39 Conversão explícita (3) Relativamente ao exemplo anterior: Tanto var[0] como var[1] não têm acesso (directo) ao método b() 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). LEEC@IST Java 39/50

40 Herança e sobreposição (1) Uma classe X é compatível com uma classe Y se: X=Y, ou X é uma subclasse de Y (directa ou indirecta) Uma classe X é mais compatível com uma classe Y do que com uma classe Z se: X=Y e X é uma subclasse de Z (directa ou indirecta), ou X é uma subclasse de Y (directa ou indirecta) e Y é uma subclasse de Z (directa ou indirecta) Z Y X 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 LEEC@IST Java 40/50

41 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 a forma do 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 (ver slide 25). LEEC@IST Java 41/50

42 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. LEEC@IST Java 42/50

43 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 (boxing conversion), e sem considerar a possibilidade de número variável de argumento. ii. Se 1. falhar, a compatibilidade é considerada com a possibilidade de conversão de embrulho (boxing conversion). iii. Se 2. falhar, a compatibilidade é considerada com a possibilidade de número variável de argumentos. LEEC@IST Java 43/50

44 Herança e sobreposição (5) 3. De entre o conjunto de métodos seleccionados em 2. são escolhidos apenas os métodos cujos tipos dos parâmetros têm uma maior compatibilidade com os tipos declarados das referências passadas como argumento. Por exemplo, se o conjunto tiver um método que recebe um Object como parâmetro, e outro que recebe uma String como parâmetro: Se a referência passada como argumento tiver sido declarada do tipo String, é escolhido o método que recebe uma String. Se a referência passada como argumento tiver sido declarada do tipo Object, é escolhido o método que recebe um Object. LEEC@IST Java 44/50

45 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. LEEC@IST Java 45/50

46 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 método xpto? BoloChocolate SconeAmanteigado void xpto(sobremesa d, Scone s) {... void xpto(bolo c, Sobremesa d) {... void xpto(bolochocolate cc, Scone s) {... void xpto(sobremesa... ds) {... // 1ª forma // 2ª forma // 3ª forma // 4ª forma LEEC@IST Java 46/50

47 Herança e sobreposição (8) Relativamente ao exemplo anterior: xpto(dessertref, sconeref); resulta na chamada da 1ª forma do método xpto. xpto(chocolatecakeref, dessertref); resulta na chamada da 2ª forma do método xpto. xpto(chocolatecakeref, butteredsconeref); resulta na chamada da 3ª forma do método xpto. xpto(cakeref, sconeref); é inválida. xpto(sconeref, cakeref); resulta na chamada da 4ª forma do método xpto. LEEC@IST Java 47/50

48 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. LEEC@IST Java 48/50

49 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? LEEC@IST Java 49/50

50 Herança e sobreposição (11) Relativamente ao exemplo anterior: xpto(byteref); resulta na chamada da 1ª forma do método xpto. xpto(shortref); resulta na chamada da 3ª forma do método xpto. xpto(intref); resulta na chamada da 3ª forma do método xpto. xpto(longref); resulta na chamada da 5ª forma do método xpto. xpto(floatref); resulta na chamada da 5ª forma do método xpto. xpto(doubleref); resulta na chamada da 6ª forma do método xpto. LEEC@IST Java 50/50