Aula teórica 2 da unidade (disciplina) de Programação Orientada por Objectivos para os cursos de LIGE, LEI e LETI no ISCTE-IUL no 2.º semestre do ano lectivo de 2009/2010.

1. Aula 2 Polimorfismo de subtipos Análise, desenho e implementação

2. Na aula anterior … Introdução à programação orientada por objectos Classes, objectos e referências (revisão) Modularização em pacotes Organização em ficheiros e directórios 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 2

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

6. Generalização (relação) 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 6 Classe base ou superclasse. Employee Generalização Especialização Supervisor Classe derivada ou subclasse.

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

8. Sobreposição Método de classe derivada pode sobrepor-se a método de classe base Sobreposição é especialização Regras Mesma assinatura e tipo de devolução compatível Método na classe base não privado e não final Método na classe derivada com acessibilidade igual ou superior 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 8 Na 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 ser private – acesso apenas por outros membros da mesma classe package-private (sem qualificador) – adicionalmente, acesso por membros de classes do mesmo pacote protected – adicionalmente, acesso por membros de classes derivadas public – acesso universal 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 9 Acessibilidade crescente

10. Interfaces de uma classe Própria classe Membros da classe e membros não privados de classes base Classe do mesmo pacote Membros não privados da classe ou suas bases Classe derivada Membros protegidos ou públicos da classe ou suas bases Outra classe Membros públicos da classe ou suas bases 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 10

11. Exemplo Vector<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()); 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 11 Invocação da operação toString(). Qual o método toString() executado?

12. Organização 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 12 0 1 : Employee : Supervisor employees : «ref» Vector<Employee> : Vector<Employee> : «ref» Employee : «ref» Employee name = “João Maria” ssn = “123456789” name = “Ana Maria” ssn = “987654321” level = 4 Possível porque a classe Supervisor deriva da classe Employee, ou seja, possível porque um Supervisor é (sempre também) um Employee.

13. Resultado 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 13 O 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. Polimorfismo Capacidade de um objecto tomar várias formas A forma descrita pela classe a que pertence As formas descritas pelas classes acima na hierarquia a que pertence Objecto pode ser referenciado por referências do tipo da classe a que pertence ou de classes acima na hierarquia (mais genéricas) 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 14

15. Princípio da substituição de Liskov Seja 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. 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 15 Tem 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()); 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 16 _ (Guilhermina, 123456789, 3) _ (Guilhermina, 123456789, 3) (Felisberto, 987654321, 5) _ (Guilhermina, 123456789, 3) (Felisberto, 987654321, 5) (Elvira, 111111111) _

17. Polimorfismo: operações e métodos Uma operação polimórfica ou virtual pode ter várias implementações A uma implementação de uma operação chama-se método A uma operação polimórfica podem corresponder diferentes métodos, cada um em sua classe Todas as operações em Java são polimórficas, com excepção das qualificadas com private Uma classe é polimórfica se tiver pelo menos uma operação polimórfica 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 17

18. Polimorfismo: operações e métodos Invoca-se uma operação sobre um objecto de uma classe para atingir um objectivo Invocação de uma operação leva à execução do método apropriado, ou seja, leva à execução da implementação apropriada da operação Polimorfismo Invocação de uma operação pode levar à execução de diferentes métodos Método efectivamente executado depende da classe do objecto sobre o qual a operação é invocada Método executadonão depende do tipo da referência para o objecto utilizado 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 18 Simplificação… invocações internas podem levar à execução de métodos privados directamente.

19. A classe Object public 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() + ")"; } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 19 Se 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. dinâmica Ligação (binding) Associação entre a invocação de uma operação e a execução de um método Ligação estática Operações não polimórficas, invocações através de super Associação estabelecida em tempo de compilação Ligação dinâmica Operações polimórficas Associação estabelecida apenas em tempo de execução 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 20 Que é isto? Veremos à frente…

21. Métodos finais Classe derivada não é obrigada a fornecer método para operação da classe base Classe base pode proibir às classes derivadas a sobreposição de um seu método, que se dirá ser um método final Razão 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 método 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 21

22. Uma ajudinha da classe base public 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()); } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 22 _ Throughthis: Derived _ Throughthis: Derived Through base: Derived _ Throughthis: Derived Through base: Derived Through super: Base _

23. Análise: conceitos Veículo Motociclo Automóvel Honda NX 650 Audi TT 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 23 Vehicle Motorcycle Car HondaNx650 AudiTt Análise inicial pode resultar num dicionário ou glossário do domínio.

24. Análise: relações Um Automóvel é um Veículo Um Motociclo é um Veículo Uma Honda NX 650 é um Motociclo Um Audi TT é um Automóvel 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 24 Pode refinar-se o dicionário ou glossário do domínio, acrescentando as relações entre conceitos. Vehicle Car Motorcycle AudiTt HondaNx650

25. Desenho 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 25 Vehicle Propriedades … … Operações Car Motorcycle … … … … AudiTt HondaNx650 … … … …

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

27. Conceitos abstractos e concretos Conceito abstracto – Sem instâncias no domínio em causa Conceito concreto – Com instâncias no domínio em causa Conceitos identificados são abstractos ou concretos? Dependendo do domínio e seu modelo… Veículo e Automóvel abstractos; Audi TT concreto Veículo abstracto; Automóvel e Audi TT concretos 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 27

28. Análise e desenho Hipótese 1 Hipótese 2 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 28 Vehicle Vehicle Car Car Motorcycle Motorcycle É boa prática que as classes concretas sejam folhas na hierarquia. AudiTt HondaNx650 As classes abstractas, correspondentes aos conceitos abstractos, têm o nome em itálico.

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

30. Implementação: hipótese 2 public 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 { … } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 30

31. Caixa de ferramentas: Position public 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; } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 31

32. Caixa de ferramentas: Size public 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; } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 32 Apesar de ter também dois atributos do tipo double, um Size não é uma Position.

33. Caixa de ferramentas: Box public 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; } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 33 Uma Box não é nem uma Position, nem um Size, mas é composta por uma Position e por um Size.

34. Análise: conceitos Figura Forma (abstrato) Círculo Quadrado 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 34 Figure Shape Circle Square

35. Análise: relações Uma Figura é composta de Formas Um Círculo é uma Forma Um Quadrado é uma Forma 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 35 Figure Shape Relação de composição. Circle Square

36. Desenho 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 36 Figure Shape … … … … Circle Square … … … …

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

38. Implementação: Shape public 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; } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 38 Qual a área de uma “forma”?? Operações abstractas, ou seja, operações sem qualquer implementação disponível até este nível da hierarquia.

39. Implementação: Circle public 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; } … 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 39 Um 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()) ); } } 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 40 Qual 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 pormenorizado 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 41 Shape Figure - position : Position + Shape(position : Position) + getPosition() : Position + getArea() : double + getPerimeter() : double + getBoundingBox() : Box + moveTo(newPosition : Position) Circle Square - radius : double + Circle(position : Position, radius : double) + getRadius() : double + getArea() : double + getPerimeter() : double + getBoundingBox() : Box

42. Desenho pormenorizado 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 42 Shape Figure - position : Position «constructors» + Shape(position : Position) «inspectors» + getPosition() : Position + getArea() : double + getPerimeter() : double + getBoundingBox() : Box Circle Square - radius : double «constructors» + Circle(position : Position, radius : double) «modifiers» + moveTo(newPosition : Position) «inspectors» + getRadius() : double + getArea() : double + getPerimeter() : double + getBoundingBox() : Box

43. Classes abstractas Uma operação com qualificador abstract é uma simples declaração da operação Uma operação sem qualificador abstract inclui também a definição de um método correspondente, que a implementa Uma classe com uma operação abstracta tem de ser uma classe abstracta Uma classe é abstracta se tiver o qualificador abstract 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 43

44. Classes abstractas Uma classe não abstracta diz-se uma classe concreta Uma classe abstracta não pode ser instanciada, i.e., não se podem construir objectos de uma classe abstracta Uma classe derivada directamente de uma classe abstracta só poderá ser concreta se implementar cada uma das operações abstractas da classe abstracta 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 44

45. A reter... Generalização – Relação entre duas classes, base e derivada, em que a derivada especializa a base, que por sua vez generaliza a derivada Polimorfismo – 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 classes Operação abstracta – Uma operações declarada numa dada classe mas não implementada nessa classe Classe abstracta – Uma classe que não pode ser instanciada, i.e., da qual não existem objectos; usualmente as classes abstractas têm pelo menos uma operação abstracta 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 45

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: 978-0-13-605966-0 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 46

47. Sumário Polimorfismo de subtipos Classes e operações polimórficas Herança Ligação estática e ligação dinâmica Classes abstractas e classes concretas Operações abstractas Análise, desenho e implementação Dicionário do domínio Conceitos Conceitos concretos e conceitos abstractos 2009/2010 Programação Orientada por Objectos 47