O documento aborda o conceito de polimorfismo de subtipos na programação orientada a objetos, ilustrando como classes e objetos podem herdar e especializar comportamentos. Apresenta exemplos concretos de implementação utilizando classes de 'employee' e 'supervisor' para demonstrar herança, sobreposição de métodos e o princípio da substituição de Liskov. O polimorfismo é destacado como uma capacidade crucial, permitindo que objetos tomem formas diferentes dependendo do contexto da invocação de métodos.

1. Aula 2Polimorfismo de subtiposAnálise, desenho e implementação

2. Na aula anterior …Introdução à programação orientada por objectosClasses, objectos e referências (revisão)Modularização em pacotesOrganização em ficheiros e directórios2009/2010Programação Orientada por Objectos2

3. EmployeepublicclassEmployee {privateStringname; privateStringssn;publicEmployee(final Stringname, final Stringssn) {this.name = name;this.ssn = ssn; }publicStringgetName() {returnname; }publicStringgetSsn() {returnssn; } @OverridepublicStringtoString() {return "(" + getName() + ", " + getSsn() + ")"; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos3Que é isto? Veremos à frente…

4. Generalização (relação)2009/2010Programação Orientada por Objectos4EmployeeGeneralizaçãoEspecializaçãoSupervisorRelação de generalização Um Supervisoré umEmployee.

5. Um Employeepode ser umSupervisor.Herançapublic class Supervisor extends Employee { private int level; public Supervisor(final String name, final String ssn, final int level) { … } public intgetLevel() { return level; } @Override public String toString() { return "(" + getName() + ", " + getSsn() + ", " + getLevel() + ")"; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos5Um Supervisor é um Employee.Novo método específico da classe Supervisor.Sobrepõe-se ao método com a mesma assinatura na classe base Employee.

6. Generalização (relação)2009/2010Programação Orientada por Objectos6Classe base ou superclasse.EmployeeGeneralizaçãoEspecializaçãoSupervisorClasse derivada ou subclasse.

7. HerançaClasse derivada deriva da classe base(subclasse deriva da superclasse)Membros são herdados e mantêm categoria de acessoRelação é um – Referências do tipo da classe base podem referir-se a objectos de classes derivadasExemploSupervisor supervisor = new Supervisor("Guilhermina", "123456789", 3);Employee employee = new Supervisor("Felisberto", "987654321", 5);2009/2010Programação Orientada por Objectos7

8. SobreposiçãoMétodo de classe derivada pode sobrepor-se a método de classe baseSobreposição é especializaçãoRegrasMesma assinatura e tipo de devolução compatívelMétodo na classe base não privado e não finalMétodo na classe derivada com acessibilidade igual ou superior2009/2010Programação Orientada por Objectos8Na realidade tem de ser co-variante, ou seja, o tipo de devolução do método na classe derivada deriva de (ou é igual a) o tipo de devolução na classe base.Um método final não pode ser especializado.

9. Categorias de acesso (de novo)Características ou membros podem serprivate – acesso apenas por outros membros da mesma classepackage-private (sem qualificador) – adicionalmente, acesso por membros de classes do mesmo pacoteprotected – adicionalmente, acesso por membros de classes derivadaspublic – acesso universal2009/2010Programação Orientada por Objectos9Acessibilidade crescente

10. Interfaces de uma classePrópria classeMembros da classe e membros não privados de classes baseClasse do mesmo pacoteMembros não privados da classe ou suas basesClasse derivadaMembros protegidos ou públicos da classe ou suas basesOutra classeMembros públicos da classe ou suas bases2009/2010Programação Orientada por Objectos10

11. ExemploVector<Employee> employees = new Vector<Employee>();employees.add(new Employee("João Maria", "123456789"));employees.add(new Supervisor("Ana Maria", "987654321", 4));…for (Employee employee : employees) out.println(employee.toString());2009/2010Programação Orientada por Objectos11Invocação da operação toString().Qual o método toString() executado?

12. Organização2009/2010Programação Orientada por Objectos1201: Employee: Supervisoremployees : «ref» Vector<Employee>: Vector<Employee>: «ref» Employee: «ref» Employeename = “João Maria”ssn = “123456789”name = “Ana Maria”ssn = “987654321”level = 4Possível porque a classe Supervisor deriva da classe Employee, ou seja, possível porque um Supervisor é (sempre também) um Employee.

13. Resultado2009/2010Programação Orientada por Objectos13O resultado depende do tipo do objecto e não do tipo da referência! Isso acontece porque o método toString é polimórfico ou virtual._(João Maria, 123456789)_(João Maria, 123456789)(Ana Maria, 987654321, 4)_

14. PolimorfismoCapacidade de um objecto tomar várias formasA forma descrita pela classe a que pertenceAs formas descritas pelas classes acima na hierarquia a que pertenceObjecto pode ser referenciado por referências do tipo da classe a que pertence ou de classes acima na hierarquia (mais genéricas)2009/2010Programação Orientada por Objectos14

15. Princípio da substituição de LiskovSeja p(x) uma propriedade demonstrável acerca de objectos x do tipo B. Então, p(y) também deve verificar-se para objectos y do tipo D onde S é um subtipo de B.Barbara H. Liskov e Jeannette M. Wing, “A Behavioral Notion of Subtyping”, ACM Transactions m Programming Languages and Systems, Volume 16, N.º 6, Novembro de 1994, pp. 1811-1841.Ver http://en.wikipedia.org/wiki/Liskov_substitution_principle.2009/2010Programação Orientada por Objectos15Tem de ser o programador a garantir que este princípio se verifica!

16. O que aparece na consola?Supervisor supervisor = new Supervisor("Guilhermina", "123456789", 3);Employee anEmployee = new Supervisor("Felisberto", "987654321", 5);Employee anotherEmployee = new Employee("Elvira", "111111111");out.println(supervisor.toString());out.println(anEmployee.toString());out.println(anotherEmployee.toString());2009/2010Programação Orientada por Objectos16_(Guilhermina, 123456789, 3)_(Guilhermina, 123456789, 3)(Felisberto, 987654321, 5)_(Guilhermina, 123456789, 3)(Felisberto, 987654321, 5)(Elvira, 111111111)_

17. Polimorfismo: operações e métodosUma operação polimórfica ou virtual pode ter várias implementaçõesA uma implementação de uma operação chama-se métodoA uma operação polimórfica podem corresponder diferentes métodos, cada um em sua classeTodas as operações em Java são polimórficas, com excepção das qualificadas com privateUma classe é polimórfica se tiver pelo menos uma operação polimórfica2009/2010Programação Orientada por Objectos17

18. Polimorfismo: operações e métodosInvoca-se uma operação sobre um objecto de uma classe para atingir um objectivoInvocação de uma operação leva à execução do método apropriado, ou seja, leva à execução da implementação apropriada da operaçãoPolimorfismoInvocação de uma operação pode levar à execução de diferentes métodosMétodo efectivamente executado depende da classe do objecto sobre o qual a operação é invocadaMétodo executadonão depende do tipo da referência para o objecto utilizado2009/2010Programação Orientada por Objectos18Simplificação… invocações internas podem levar à execução de métodos privados directamente.

19. A classe Objectpublic class Employee extends Object { private String name; private String ssn; public Employee(final String name, final String ssn) { this.name = name; this.ssn = ssn; } public String getName() { return name; } public String getSsn() { return ssn; } @Override public String toString() { return "(" + getName() + ", " + getSsn() + ")"; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos19Se uma classe não derivar explicitamente de outra, derivará implicitamente da classe Object, que está no topo da hierarquia de classes do Java.Agora percebe-se! A classe Object declara a operação toString() e define imediatamente um correspondente método. Esta é uma sua especialização.

20. Ligação estática vs. dinâmicaLigação (binding)Associação entre a invocação de uma operação e a execução de um métodoLigação estática Operações não polimórficas, invocações através de superAssociação estabelecida em tempo de compilaçãoLigação dinâmicaOperações polimórficasAssociação estabelecida apenas em tempo de execução2009/2010Programação Orientada por Objectos20Que é isto? Veremos à frente…

21. Métodos finaisClasse derivada não é obrigada a fornecer método para operação da classe baseClasse base pode proibir às classes derivadas a sobreposição de um seu método, que se dirá ser um método finalRazão para um método ser final:Programador que forneceu o método na classe base entendeu que classes derivadas não deveriam poder especializar o modo de funcionamento desse método2009/2010Programação Orientada por Objectos21

22. Uma ajudinha da classe basepublic class Base { public String className() { return "Base"; }}public class Derived extends Base { @Override public String className() { return “Derived”; } public void testCalls() { Base base = (Base)this; out.println("Through this: " + this.className()); out.println("Through base: " + base.className()); out.println("Through super: " + super.className()); }}2009/2010Programação Orientada por Objectos22_Throughthis: Derived_Throughthis: DerivedThrough base: Derived_Throughthis: DerivedThrough base: DerivedThrough super: Base_

23. Análise: conceitosVeículoMotocicloAutomóvelHonda NX 650Audi TT2009/2010Programação Orientada por Objectos23VehicleMotorcycleCarHondaNx650AudiTtAnálise inicial pode resultar num dicionário ou glossário do domínio.

24. Análise: relaçõesUm Automóvel é um VeículoUm Motociclo é um VeículoUma Honda NX 650 é um MotocicloUm Audi TT é um Automóvel2009/2010Programação Orientada por Objectos24Pode refinar-se o dicionário ou glossário do domínio, acrescentando as relações entre conceitos.VehicleCarMotorcycleAudiTtHondaNx650

25. Desenho2009/2010Programação Orientada por Objectos25VehiclePropriedades……OperaçõesCarMotorcycle…………AudiTtHondaNx650…………

26. Implementaçãopublic class Vehicle { …}public class Car extends Vehicle { …}public class Motorcycle extends Vehicle { …}public class HondaNx650 extends Motorcycle { …}public class AudiTt extends Car { …}2009/2010Programação Orientada por Objectos26

27. Conceitos abstractos e concretosConceito abstracto – Sem instâncias no domínio em causaConceito concreto – Com instâncias no domínio em causaConceitos identificados são abstractos ou concretos?Dependendo do domínio e seu modelo… Veículo e Automóvel abstractos; Audi TT concretoVeículo abstracto; Automóvel e Audi TT concretos2009/2010Programação Orientada por Objectos27

28. Análise e desenhoHipótese 1Hipótese 22009/2010Programação Orientada por Objectos28VehicleVehicleCarCarMotorcycleMotorcycleÉ boa prática que as classes concretas sejam folhas na hierarquia.AudiTtHondaNx650As classes abstractas, correspondentes aos conceitos abstractos, têm o nome em itálico.

29. Implementação: hipótese 1public abstract class Vehicle { …}public class Car extends Vehicle { …}public class Motorcycle extends Vehicle { …}2009/2010Programação Orientada por Objectos29

30. Implementação: hipótese 2public abstract class Vehicle { …}public abstract class Car extends Vehicle { …}public abstract class Motorcycle extends Vehicle { …}public class HondaNx650 extends Motorcycle { …}public class AudiTt extends Car { …}2009/2010Programação Orientada por Objectos30

31. Caixa de ferramentas: Positionpublic class Position { private double x; private double y; public Position(final double x, final double y) { this.x = x; this.y = y; } public final double getX() { return x; } public final double getY() { return y; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos31

32. Caixa de ferramentas: Sizepublic class Size { private double width; private double height; public Size(final double width, final double height) { this.width = width; this.height = height; } public final double getWidth() { return width; } public final double getHeight () { return height; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos32Apesar de ter também dois atributos do tipo double, um Size não é uma Position.

33. Caixa de ferramentas: Boxpublic class Box { private Position topLeftCornerPosition; private Size size; public Box(final Position topLeftCornerPosition, final Size size) { this.topLeftCornerPosition = topLeftCornerPosition; this.size = size; } public final Position getTopLeftCornerPosition() { return position; } public final Size getSize() { return size; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos33Uma Box não é nem uma Position, nem um Size, mas é composta por uma Position e por um Size.

34. Análise: conceitosFiguraForma (abstrato)CírculoQuadrado2009/2010Programação Orientada por Objectos34FigureShapeCircleSquare

35. Análise: relaçõesUma Figura é composta de FormasUm Círculo é uma FormaUm Quadrado é uma Forma2009/2010Programação Orientada por Objectos35FigureShapeRelação de composição.CircleSquare

36. Desenho2009/2010Programação Orientada por Objectos36FigureShape…………CircleSquare…………

37. Implementaçãopublic class Figure { private Vector<Shape> shapes; …}public abstract class Shape { …}public class Circle extends Shape { …}public class Square extends Shape { …}2009/2010Programação Orientada por Objectos37

38. Implementação: Shapepublic abstract class Shape { private Position position; public Shape(final Position position) {this.position = position; } public final Position getPosition() { return position; } public abstract double getArea(); public abstract double getPerimeter(); public abstract Box getBoundingBox(); public void moveTo(final Position newPosition) { position = newPosition; }}2009/2010Programação Orientada por Objectos38Qual a área de uma “forma”??Operações abstractas, ou seja, operações sem qualquer implementação disponível até este nível da hierarquia.

39. Implementação: Circlepublic class Circle extends Shape { private double radius; public Circle(final Position position, final double radius) { super(position);this.radius = radius; } public final double getRadius() { return radius; } …2009/2010Programação Orientada por Objectos39Um Circle é uma Shape e a classe Circle herda a implementação da classe Shape.É necessário apenas um atributo adicional, correspondente a uma das duas propriedades de um círculo (o raio), já que a posição do centro é herdada da classe Shape.Uma ajudinha da classe base…

40. Implementação: Circle … @Override public double getArea() { return Math.PI * getRadius() * getRadius(); } @Override public double getPerimeter() { return 2.0 * Math.PI * getRadius(); } @Override public Box getBoundingBox() { return new Box( new Position(getPosition().getX() - getRadius(),getPosition().getY() - getRadius()), new Size(2.0 * getRadius(), 2.0 * getRadius()) ); }}2009/2010Programação Orientada por Objectos40Qual a área de um círculo? Fácil, π×r2.Fornece-se implementações, ou seja, métodos, para cada uma das operações abstractas da classe Shape.

41. Desenho pormenorizado2009/2010Programação Orientada por Objectos41ShapeFigure- position : Position + Shape(position : Position)+ getPosition() : Position+ getArea() : double+ getPerimeter() : double+ getBoundingBox() : Box+ moveTo(newPosition : Position)CircleSquare- radius : double+ Circle(position : Position, radius : double)+ getRadius() : double+ getArea() : double+ getPerimeter() : double+ getBoundingBox() : Box

42. Desenho pormenorizado2009/2010Programação Orientada por Objectos42ShapeFigure- position : Position «constructors»+ Shape(position : Position)«inspectors»+ getPosition() : Position+ getArea() : double+ getPerimeter() : double+ getBoundingBox() : BoxCircleSquare- radius : double«constructors»+ Circle(position : Position, radius : double)«modifiers»+ moveTo(newPosition : Position)«inspectors»+ getRadius() : double+ getArea() : double+ getPerimeter() : double+ getBoundingBox() : Box

43. Classes abstractasUma operação com qualificador abstract é uma simples declaração da operaçãoUma operação sem qualificador abstract inclui também a definição de um método correspondente, que a implementaUma classe com uma operação abstracta tem de ser uma classe abstractaUma classe é abstracta se tiver o qualificador abstract2009/2010Programação Orientada por Objectos43

44. Classes abstractasUma classe não abstracta diz-se uma classe concretaUma classe abstracta não pode ser instanciada, i.e., não se podem construir objectos de uma classe abstractaUma classe derivada directamente de uma classe abstracta só poderá ser concreta se implementar cada uma das operações abstractas da classe abstracta2009/2010Programação Orientada por Objectos44

45. A reter...Generalização – Relação entre duas classes, base e derivada, em que a derivada especializa a base, que por sua vez generaliza a derivadaPolimorfismo – Um mesmo objecto pode ser visto de formas diferentes consoante o tipo da referência usada para o referenciar: uma mesma referência pode referenciar objectos de diferentes classesOperação abstracta – Uma operações declarada numa dada classe mas não implementada nessa classeClasse abstracta – Uma classe que não pode ser instanciada, i.e., da qual não existem objectos; usualmente as classes abstractas têm pelo menos uma operação abstracta2009/2010Programação Orientada por Objectos45

46. A ler para as próximas aulas ...Capítulos 1 a 10 e 16 do livro:Y. Daniel Liang, Introduction to Java Programming, 7.ª edição, Prentice-Hall, 2008.ISBN: 978-0-13-605966-02009/2010Programação Orientada por Objectos46