Reutilização de Classes Cap. 8 Introdução à Programação OO Rafael Santos

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1 Cap. 8 Introdução à Programação OO Rafael Santos Prof. Gustavo Willam Pereira ENG10082 Programação II Créditos: Prof. Clayton Vieira Fraga Filho

2 Um dos maiores benefícios que a Programação Orientada a Objeto nos proporciona é a reutilização de código. A reutilização se caracteriza pelo aproveitamento de classes e seus métodos que já estejam escritos e que já tenham o seu funcionamento testado e comprovado. A Reutilização de código diminui a necessidade de escrever novos métodos e classes gerando economia de tempo e segurança. 2 2

3 Mecanismo de Reuso: Diminui a necessidade de reescrever código: menos trabalho para o programador. Permite o aproveitamento de código pré-existente (livre de erro e otimizado): menos chances de cometer erros Em linguagens convencionais: biblioteca de funções e procedimentos 3

4 Existem duas maneiras de conseguir esse reaproveitamento: Através de Composição ou através de. 4

5 Delegação ou composição O primeiro mecanismo de reaproveitamento de classes em Java é conhecido como delegação composição ou composição. Novas classes estendem uma outra classe base se uma instância da classe base for incluída como um dos campos (atributos) da nova classe, que será então composta de campos específicos e de uma instância de uma classe base. Os métodos da classe base podem ser executados, se escrevermos métodos correspondentes na classe nova que chamam os da classe base, desta forma delegando a execução dos métodos. 5

6 Delegação ou composição Consideremos como exemplo as classes Data, que representa uma data, e a classe Hora, que representa uma hora (incluindo segundos) ~dia: byte ~mês: byte ~ano: short Data <<create>>+data(d: byte, m: byte, a: short) +tostring(): String ~hora: byte ~minuto: byte ~segundo: byte Hora <<create>>+hora(h: byte, m: byte, s: byte) +tostring(): String Com estas classes, podemos criar a classe DataHora, que representa simultaneamente uma data e uma hora, sem que seja necessário reescrever os campos e métodos contidos nas classes Data e Hora. 6

7 Delegação ou composição A classe DataHora, que reusa as classes Data e Hora através de delegação. A data e hora são representadas por instâncias das respectivas classes que estão embutidas na classe DataHora, e toda a interação entre esta classe e as embutidas é feita através da chamada de métodos das classes embutidas. Data Hora ~dia: byte ~mês: byte ~ano: short <<create>>+data(d: byte, m: byte, a: short) +tostring(): String ~hora: byte ~minuto: byte ~segundo: byte <<create>>+hora(h: byte, m: byte, s: byte) +tostring(): String DataHora ~estadata: Data ~estahora: Hora <<create>>+datahora(h: byte, min: byte, s: byte, d: byte, m: byte, a: short) +tostring(): String 7

8 Delegação ou composição: Classe DataHora 8

9 Delegação ou composição: Classe DataHora Algumas características interessantes da classe DataHora são: Não existem campos na classe DataHora a não ser uma instância da classe Data e uma da classe Hora O construtor completo da classe DataHora recebe seis argumentos, correspondentes ao dia, mês, ano, hora, minuto e segundo que devem ser representados pela classe DataHora, e repassa estes argumentos para os construtores que inicializarão as instâncias das classes Data e Hora. O construtor da classe DataHora delega aos outros construtores a inicialização dos campos. O mesmo acontece com o construtor parcial, exceto que este considera que a hora é, por default, meia-noite. 9

10 Delegação ou composição: Classe DataHora O método tostring também delega o seu funcionamento aos métodos tostring das classes Data e Hora, que retornarão Strings que são concatenadas para criar o resultado da chamada do método tostring da classe DataHora. Uma das vantagens da reutilização de classes pode ser vista com o exemplo da classe DataHora: a nova classe é capaz de representar simultaneamente uma data e hora sem ser muito complexa. A complexidade (capacidade de verificar se a data ou hora estão corretas, etc.) é implementada pelos métodos das classes Data e Hora, que são simplesmente reutilizados. 10

11 Delegação ou composição Um outro exemplo de reaproveitamento de classes existentes usando o mecanismo de delegação pode ser visto na classe RegistroAcademicoDeGraduacao: A classe RegistroAcademicoDeGraduacao, que reusa a classe Data através de delegação. 11

12 Delegação ou composição Alguns pontos interessantes da classe RegistroAcademicoDeGraduacao são: A classe RegistroAcademicoDeGraduacao contém campos para representação dos dados de um aluno regularmente matriculado em um curso de graduação. Um dos campos (datadenascimento) é uma instância da classe Data, que deve ser construída e manipulada usando métodos dela mesma. O método tostring da classe RegistroAcademicoDeGraduacao cria uma String com os valores dos campos da classe concatenados. Para obter os valores formatados do campo datadenascimento, o método tostring da classe Data é chamado implicitamente. Este é mais um exemplo de delegação: a classe RegistroAcademicoDeGraduacao delega à classe Data a formatação de seus campos em uma String, usando esta String como resultado parcial. A classe DemoRegistroAcademicoDeGraduacao, demonstra o uso de instâncias da classe RegistroAcademicoDeGraduacao. 12

13 O mecanismo de reaproveitamento por delegação ou composição permite o reuso de classes já existentes como instâncias de novas classes. As classes originais ficam assim contidas na nova classe. Reuso de classes via o mecanismo de delegação é útil quando consideramos que a classe que reusa instâncias de outras é composta das outras classes. Um bom exemplo é o da classe DataHora, que é composta das classes Data e Hora. Outros exemplos seriam dados pelas classes que simplesmente utilizam uma ou mais instâncias da classe Data juntamente com outros dados. 13

14 Nem sempre o mecanismo de delegação é o mais natural para reutilização de classes já existentes, embora seja simples. Em especial, quando queremos usar uma classe para servir de base à criação de outra mais especializada; A relação de composição imposta pelo uso do mecanismo de delegação acaba por criar soluções pouco naturais, ou comuns, ferindo o conceito de mapeamento direto. 14

15 Todas as classes de Java descendem de uma classe chamada Object - mesmo que a declaração extends Object seja omitida de classes criadas pelo usuário, elas implicitamente herdarão da classe Object; Esta classe por si não contém campos ou métodos úteis, não devendo ser usada diretamente, servindo mais para declarar métodos genéricos (como, por exemplo, tostring) que todas as classes devem implementar através da sobreposição; 15

16 Como exemplo consideremos as classes Pessoa e Funcionario: Uma instância de Pessoa pode ser declarada dentro da classe Funcionario para representar os dados da pessoa/funcionário. Se criássemos uma classe ChefeDeDepartamento considerando que um chefe de departamento é um funcionário que é responsável por um departamento, poderíamos declarar uma instância de Funcionario dentro da classe ChefeDeDepartamento e acrescentar alguns campos que diferenciam ChefeDeDepartamento de Funcionario. 16

17 A relação entre as classes ChefeDeDepartamento, Funcionario e Pessoa seria, então, de composição: pela declaração dos seus campos veríamos que um ChefeDeDepartamento contém um Funcionario, que por sua vez contém uma Pessoa. Apesar de ser possível descrever as classes assim, a solução é pouco natural: embora possamos dizer que a classe DataHora contém uma data e uma hora, declarar que a classe ChefeDeDepartamento contém um funcionário soa artificial. Na verdade, um chefe de departamento é um tipo de funcionário, que deve ter campos adicionais para representar dados que são específicos de um chefe de departamento, e métodos para manipular estes campos. 17

18 O mecanismo de herança permite que criemos uma classe usando outra como base e descrevendo ou implementando as diferenças e adições da classe usada como base, reutilizando os campos e métodos não-privados da classe-base. O mecanismo de herança é o mais apropriado para criar relações é- um-tipo-de entre classes. Com o mecanismo de herança, podemos declarar a classe Funcionario como sendo um tipo de Pessoa, e a classe Funcionario herdará todos os campos e métodos da classe Pessoa, não sendo necessária a sua re-declaração. Evidentemente uma classe herdeira pode acrescentar campos e métodos à classe original. 18

19 Exemplo: Pessoa, Funcionario e ChefedeDepartamento 19

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21 Alguns dos pontos interessantes da classe Funcionario são: A classe Funcionario, na sua declaração, contém a palavra-chave extends, seguida de um nome de classe, no caso, Pessoa. A declaração com extends significa que a classe Funcionario conterá todos os campos e métodos da classe Pessoa mais os declarados dentro da própria classe Funcionario. Curiosamente, como os campos da classe Pessoa foram declarados como sendo privados da classe Pessoa, eles somente poderão ser acessados por métodos da classe Pessoa (que tenham sido declarados como public). 21

22 Continuação... Pelo mecanismo de herança, estes métodos estarão disponíveis para uso na classe Funcionario - desta forma os métodos herdados da classe Pessoa para a classe Funcionario podem acessar os campos da classe Pessoa que não poderiam ser acessados diretamente por métodos escritos na classe Funcionario. 22

23 Continuação... A classe Funcionario tem um método qualsalário que retorna o salário do funcionário, e é um marco da diferença entre as classes Funcionario e Pessoa -consideramos que somente Pessoas que são Funcionarios tem o dado salário e um método para acessar o campo correspondente a esse dado. Este método é declarado como final, fazendo com que classes herdeiras não possam sobrepô-lo. 23

24 Continuação... Uma classe pode reusar outras usando ao mesmo tempo o mecanismo de herança e o de delegação: a classe Funcionario herda da classe Pessoa e ao mesmo tempo usa uma instância da classe Data. É importante, ao criar uma classe com o mecanismo de herança, considerar de qual classe ela deve herdar -não faria muito sentido, por exemplo, declarar Funcionario herdando da classe Data e contendo uma instância da classe Pessoa. A classe Funcionario pode ser considerada um tipo de Pessoa, mas definitivamente não é um tipo de Data. 24

25 Alguns pontos de interesse da classe ChefeDeDepartamento são: Consideramos que a classe ChefeDeDepartamento é um tipo de Funcionario e declaramos a classe como herdando da classe Funcionario. É perfeitamente possível (e, em muitos casos, necessário) declarar classes que descendem de classes que já descendem de outras. A classe herdeira terá acesso (direta ou indiretamente) a todos os campos e métodos das classes ancestrais, exceto em situações que serão discutidas adiante. 25

26 Alguns pontos de interesse da classe ChefeDeDepartamento são: O construtor da classe ChefeDeDepartamento recebe como argumentos dados necessários para inicializar uma instância da classe Funcionario, além de dados para inicializar os campos que são específicos da classe. Novamente, os dados necessários para inicializar uma instância da classe Funcionario são passados como argumentos para o construtor da classe Funcionario através da palavra-chave super. Já sabemos que o construtor da classe Funcionario fará o mesmo, chamando o construtor da classe Pessoa, que é a sua ancestral. 26

27 Alguns pontos de interesse da classe ChefeDeDepartamento são: De forma similar, o método tostring da classe ChefeDeDepartamento executa explicitamente o método tostring da classe ancestral (Funcionario), concatenando seu resultado com o dos métodos tostring das classes String e Data, que serão chamados implicitamente. A classe ChefeDeDepartamento tem um método qualdepartamento que retorna o departamento chefiado, que marca a diferença entre as classes ChefeDeDepartamento e Funcionario. 27

28 A palavra-chave super Nos exemplos mostrados nas classes Funcionario e ChefeDeDepartamento vimos que classes derivadas ou subclasses podem ter acesso a métodos das superclasses, usando a palavra-chave super. O acesso a métodos de classes ancestrais é útil para aumentar a reutilização de código: Se existem métodos na classe ancestral que podem efetuar parte do processamento necessário, devemos usar o código que já existe (e, esperançosamente, funciona) em vez de reescrevê-lo. 28

29 A palavra-chave super Existem duas maneiras de se reutilizar métodos de classes ancestrais que não tenham sido declarados como private: Se a execução do método for a mesma para a superclasse e a subclasse, então instâncias da subclasse podem chamar diretamente o método como se fosse delas mesmas; É o caso do método qualsalário, que é declarado na classe. Como o método não teve que ser reescrito ou mesmo declarado na classe ChefeDeDepartamento, houve uma economia no desenvolvimento da classe descendente. 29

30 A palavra-chave super A segunda maneira de executar métodos da classe ancestral é mais complexa: partimos do pressuposto que não existe na classe ancestral um método que faça, para a classe descendente, exatamente o que queremos, mas existem métodos que executam parte da tarefa ou resolvem parte do problema. Desta maneira, uma classe descendente poderia executar a parte que resolve o problema parcial chamando o método correspondente da classe ancestral e depois executar comandos que completassem a função desejada. 30

31 Sobreposição e ocultação Quando criamos classes estendidas através do mecanismo de herança, podemos definir novos campos e métodos que são específicos da classe herdeira Também redeclarar campos e métodos que tem a mesma assinatura de métodos declarados em classes ancestrais, mas com funcionalidade diferente. 31

32 Sobreposição e ocultação A declaração de métodos com a mesma assinatura que métodos de classes ancestrais chama-se sobreposição ou superposição. A razão de sobrepormos métodos é que métodos de classes herdeiras geralmente executam tarefas adicionais que os mesmos métodos das classes ancestrais não executam. Exemplo de sobreposição: métodos que fazem a impressão de campos: a classe ancestral somente imprime os campos que contém, então se adicionamos campos à classe descendente, o método de impressão desta não poderá ser o herdado, que não imprimirá os campos adicionais. 32

33 Sobreposição e ocultação A declaração de campos em uma classe descendente com o mesmo nome de campos declarados na classe ancestral chamase ocultação. Ao contrário da sobreposição de métodos, que é bastante útil e comum em classes herdeiras, a ocultação de campos não oferece muitas vantagens, e as poucas oferecidas podem facilmente ser implementadas através de métodos que retornam valores e são superpostos de acordo com a necessidade. 33

34 Sobreposição e ocultação Exemplo: Automovel, AutomovelBasico e AutomovelDeLuxo 34

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36 Sobreposição e ocultação A O campo NUMEROMÁXIMODEPRESTAÇÕES e o método quantasprestações, que retorna o valor deste campo foram declarados na classe Automovel e herdados pela classe AutomovelBasico; O campo é redeclarado (oculto) pela classe AutomovelDeLuxo, que redeclara também o método quantasprestações; Se este método não fosse redeclarado, sobrepondo o da classe ancestral, seria herdado, mas retornaria o valor do campo declarado na superclasse, já que métodos herdados não podem acessar campos declarados em subclasses. 36

37 Sobreposição e ocultação As principais regras de sobreposição de métodos e ocultação de campos, e regras de uso de modificadores de acesso em classes herdadas são: A sobreposição de um método em uma subclasse não elimina o acesso ao método de mesma assinatura na classe ancestral - este pode ser acessado, de dentro da classe herdeira, com a palavra-chave super, contanto que não tenha sido declarado como private. Veja, como exemplo, os vários métodos tostring de classes herdeiras mostradas. 37

38 Sobreposição e ocultação Continua... Métodos declarados em uma subclasse com o mesmo nome mas assinaturas diferentes (por exemplo, número de argumentos diferentes) dos métodos da superclasse não sobrepõem estes métodos. Métodos podem ser sobrepostos com diferentes modificadores de acesso, contanto que os métodos sobrepostos tenham modificadores de acesso menos restritivos. Em outras palavras, podemos declarar um método na superclasse com o modificador de acesso private e sobrepor este método em uma subclasse com o modificador de acesso public, mas não 38 podemos fazer o contrário.

39 Sobreposição e ocultação Continua... Métodos estáticos declarados em classes ancestrais não podem ser sobrepostos em classes descendentes, nem mesmo se não forem declarados como estáticos. Se um campo é declarado em uma superclasse e oculto em subclasses, e métodos que acessam este campo são herdados, estes métodos farão referência ao campo da classe onde foram declarados. 39

40 Sobreposição e ocultação Continua... Qualquer método da classe herdeira pode chamar qualquer método da classe ancestral que tenha sido declarado como public, protected ou sem declaração explícita de modificador. Métodos declarados como private não são acessíveis diretamente, mas podem ser chamados indiretamente a partir de métodos que não sejam private na classe ancestral; 40

41 Sobreposição e ocultação Por exemplo, a classe ComputadorDeBordo, que encapsula os campos e métodos necessários para implementar um computador de bordo de automóveis. Esta classe poderia ter o método privado calculaquilometragemrodada e o método público mostraestatísticasdeconsumo, com o método mostraestatísticasdeconsumo executando o método calculaquilometragemrodada como parte de seu processamento. 41

42 Sobreposição e ocultação Se a classe ComputadorDeBordoDeCaminhao for criada como sendo herdeira da classe ComputadorDeBordo, ela não poderá executar o método calculaquilometragemrodada diretamente pois este foi declarado como sendo privado da classe ComputadorDeBordo, mas o método será executado indiretamente através da chamada ao método público herdado mostraestatísticasdeconsumo. 42

43 Sobreposição e ocultação 43

44 Sobreposição e ocultação Continua... Métodos declarados como final são herdados por subclasses, mas não podem ser sobrepostos (a não ser que a sua assinatura seja diferente). Por exemplo, a classe ChefeDeDepartamento não pode declarar um método qualsalário pois este foi declarado como final na classe ancestral Funcionario. Classes inteiras podem ser declaradas como finais, na forma final class... Se uma classe é declaradas declarada como final, todos os seus métodos serão finais, mas não os seus campos. A declaração de uma classe como final efetivamente impede o mecanismo de herança - o compilador não compilará uma classe declarada como herdeira de uma classe final. 44

45 Polimorfismo O mecanismo de herança permite a criação de classes a partir de outras já existentes com relações é-um-tipo-de, de forma que a partir de uma classe genérica, classes mais especializadas possam ser criadas. Vimos alguns exemplos de classes que seguem esta regra: Funcionario é-um-tipo-de Pessoa,e AutomovelDeLuxo é-umtipo-de AutomovelBasico, que por sua vez é-um-tipo-de Automovel. 45

46 Polimorfismo A relação é-um-tipo-de entre classes permite a existência de outra característica fundamental de linguagens de programação orientadas a objetos: polimorfismo. Polimorfismo ( muitas formas ) permite a manipulação de instâncias de classes que herdam de uma mesma classe ancestral de forma unificada: podemos escrever métodos que recebam instâncias de uma classe C, e os mesmos métodos serão capazes de processar instâncias de qualquer classe que herde da classe C, já que qualquer classe que herde de C é-um-tipo-de C. Um exemplo prático de polimorfismo é ConcessionariaDeAutomoveis. dado pela classe 46

47 Polimorfismo A classe ConcessionariaDeAutomoveis tem um método (imprime) que recebe uma instância da classe Automovel como argumento, e imprime os dados desta instância, usando os métodos tostring, quantocusta e quantasprestacoes da classe. Este mesmo método pode receber, como argumentos, instâncias das classes AutomovelBasico, AutomovelDeLuxo e de qualquer outra classe que herde da classe Automovel ou de suas herdeiras, uma vez que estas terão os métodos necessários para a execução do método imprime. 47

48 Polimorfismo Vale a pena notar que é possível implementarmos, em uma classe, métodos polimórficos e sobrecarregados simultaneamente. Poderíamos, por exemplo, criar métodos para processamento de instâncias de uma classe genérica e outros que processariam instâncias de classes mais especializadas (subclasses) de forma diferenciada. A classe EmprestimoBancario demonstra uma aplicação desta técnica. 48

49 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: O interpretador Java decidirá, em tempo de execução, qual dos dois métodos será chamado para cada instância criada no método main. Se a instância passada como argumento for da classe ChefeDeDepartamento ou da classe Funcionario, o segundo método será chamado: apesar das classes ChefeDeDepartamento e Funcionario serem um-tipo-de Pessoa, elas são mais próximas da classe Funcionario do que da classe Pessoa. 49

50 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: Em outras palavras, se houverem vários métodos sobrecarregados que tratam de classes herdeiras de uma classe ancestral, o interpretador Java tentará sempre chamar o método mais adequado para cada instância, sendo que o método mais adequado será o que receber como argumentos a classe mais próxima em termos de herança (A classe ChefeDeDepartamento é mais próxima da classe Funcionario do que da classe Pessoa). 50

51 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: O primeiro método calculaempréstimo recebe como argumento uma instância da classe Pessoa ou de qualquer classe herdeira desta que não seja herdeira da classe Funcionario (já que instâncias de classes herdeiras de Funcionario serão processadas pelo segundo método calculaempréstimo). Este método retorna um valor constante, assumindo que qualquer pessoa (que não um funcionário) possa ter um empréstimo de mil reais. 51

52 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: Se uma instância da classe Aluno, que herdasse da classe Pessoa, fosse passada como argumento para o método calculaempréstimo, a primeira versão seria chamada. Se por outro lado, uma instância da classe PresidenteDaEmpresa, que fosse herdeira da classe ChefeDeDepartamento fosse passada para o método, a segunda versão seria executada. 52

53 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: O segundo método calculaempréstimo, que calculará o empréstimo para qualquer instância de qualquer classe que herde da classe Funcionario, verifica internamente se a instância passada como argumento é uma instância da classe ChefeDeDepartamento ou da própria classe Funcionario. Isto é feito com a palavra-chave instanceof, em expressões como referência-à-instância instanceof nome-da-classe, que retorna true se referência-à-instância for uma instância de nome-da-classe e false se não o for. 53

54 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: É importante notar que o método primeiramente verifica se a instância passada é uma instância da classe ChefeDeDepartamento (mais específica) para depois verificar se a instância é da classe Funcionario (mais genérica). A ordem de verificação é essencial, pois uma instância da classe ChefeDeDepartamento também é uma instância da classe Funcionario - se esta fosse verificada primeiro, a condição marcada com o else no método nunca seria verificada. 54

55 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: O método qualsalário é definido na classe Funcionario e nas suas herdeiras, mas não na classe Pessoa, ancestral de Funcionario. Por causa disso, não é possível chamar o método qualsalário a partir de uma instância da classe Pessoa - no primeiro método calculaempréstimo, que recebe um argumento que é uma instância da classe Pessoa, não podemos testar instâncias e chamar o método qualsalário se a instância for de Funcionario ou ChefeDeDepartamento, a não ser que efetuemos a conversão explícita (cast) das instâncias das classes. 55

56 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: Assim como tipos nativos podem ser convertidos explicitamente para outros tipos seguindo certas regras, instâncias de classes também podem ser convertidas para outras, contanto que a conversão seja da classe mais específica para a mais genérica, ou seja, da classe descendente para a classe ancestral. Por exemplo, podemos fazer a conversão explícita de uma instância da classe Funcionario para a classe Pessoa, já que Funcionario é-um-tipo-depessoa. Similarmente, também podemos converter da classe ChefeDeDepartamento para a classe Pessoa. 56

57 Polimorfismo Os pontos interessantes da classe EmprestimoBancario são: As regras de cast entre instâncias de classes não permitem a conversão de classes mais genéricas para classes mais específicas, nem de classes que não estejam em uma hierarquia de herança: não podemos converter da classe Funcionario para ChefeDeDepartamento, pois Funcionario não é-um-tipode ChefeDeDepartamento, nem da classe Pessoa para String. A classe EmprestimoBancarioComCast demonstra o uso de conversão explícita entre as classes Pessoa, Funcionario e ChefeDeDepartamento. 57