Package,Interfacce,
Ereditarietà
Dott. Ing. Leonardo RigutiniDipartimento Ingegneria dell’InformazioneUniversità di SienaVia Roma 56 – 53100 – SIENAUff. [email protected]/~rigutini/
Package
I package
Un programma JAVA è costituito da una raccolta di classi. Finora i nostri programmi erano composti da un piccolo numero di classi
Quando queste tuttavia aumentano di numero, limitarsi a distribuire le classi su più file non basta ed occorre un meccanismo per organizzare le collezioni di classi in modo chiaro e semplice
In JAVA questo meccanismo è fornito dai pacchetti: un pacchetto (package) è costituito da una serie di clssi correlate
La libreria JDK è costituita da centinaia di classi organizzate in dozzine di pacchetti: java.lang , java.awt, java.io , ecc…
Definire il package
Per inserire le classi in un pacchetto si usa la seguente sintassi all’inizio del file:
package NOME_PACCHETTO;
Il nome del pacchetto può essere costituito da una serie di identificatori, separati da punti: L’idea è quella di organizzare i package in maniera gerarchica e quindi
dare la possibilità di creare un albero di pacchetti Ogni punto individua un “ramo” dell’albero
Importare pacchetti
Se vogliamo utilizzare una classe di un pacchetto è necessario specificare al compilatore di quale pacchetto abbiamo bisogno
E’ possibile dereferenziare direttamente la classe utilizzando il percorso completo della classe in fase di dichiarazione di una variabile oggetto:
Questo sistema è evidentemente molto scomodo, quindi in alternativa è possibile importare all’inizio della definizione della classe i pacchetti che poi verranno utilizzati nel codice tramite la parola import:
java.awt.Rectangle R= new java.awt.Rectangle(5,10,20,30)
import java.awt.Rectangle;…Rectangle R= new Rectangle(5,10,20,30)
Importare package
Quando di un package sono utilizzate molte classi, è possibile collassare le molte righe relative a quel package in una riga
In questo modo viene specificato di importare tutte le classi presenti nel package
Nel caso si utilizzi package omonimi o classi omonime in package diversi, è necessario utilizzare comunque la notazione estesa per risolvere l’eventuale ambiguità
import java.awt.*;import java.awt.Rectangle;import java.awt.Color;
Come vengono organizzate le classi I package hanno una corrispondenza “fisica” sul progetto che si sta
sviluppando: Ovvero se una classe fa parte di un package, allora deve risiedere in
una cartella il cui percorso di directory coincide con la gerarchia del package
Es
package prova.bankaccount;
La classe deve essere salvata in[CLASSPATH]/prova/bankaccount/BankAccount.class
Come vengono organizzate le classi Notare come la root deve essere una directory nel CLASSPATH del
JCompiler e della JVM
Se vogliamo che la classe BankAccount o tutto il package bankaccount.prova.* siano visibili in una classe terza, è necessario inserire la directory da cui classes.bankaccount.* nasce:
C:\Programmi\JBuilder2005\jdk1.4\bin\javaw -classpath “D:\Documenti\Activities\Teaching\LinguaggiProgrammazione - storing2005\Examples\04.Package\01.BankAccount-Package\classes;”
Directory root per i package prova.* e prova.bankaccount.*
Pacchetti compressi
Usualmente il pacchetto viene fornito in formato compresso (jar): All’interno del file .jar vengono memorizzate le classi del pacchetto in
una struttura a directory che rispecchia i package di ogni classe
Nella creazione del jar è possibile specificare se includere anche le dipendenze, ovvero tutti quelle classi (con i relativi package) che sono utilizzate nel pacchetto che stiamo costruendo
Inoltre è possibile inserire nel file .jar anche la documentazione, in modo da avere un pacchetto completo memorizzato in un singolo file e compresso
…\04.Package\01.BankAccount-Package>java –cp BankAccount.jar prova.TestBankAccount1500.0
Pacchetti compressi
L’utilizzo dei file jar segue quello deli pacchetti normali: Nel CLASSPATH è possibile specificare come path di ricerca classi
anche i files .jar in cui sono memorizzati i package Il JCompiler e la JVM entrano all’interno dei file jar per utilizzare tutte le
classi necessarie
…\04.Package\01.BankAccount-Package>java TestBankAccountException in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: TestBankAccount
File jar per la classe prova.TestBankAccount e per la classe prova.bankaccount.BankAccount
Chiamata della classe TestBankAccount specificando il package
Interfacce e polimorfismo
Riutilizzo
Supponiamo di avere una classe DataSet che calcola alcune statistiche di un insieme di valori in ingresso (media, massimo, varianza ecc…).
Vorremmo una classe che calcoli le stesse informazioni su oggetti BankAccount (diversi dai semplici numeri). La cosa che dobbiamo fare è modificare la classe Dataset aggiungendo
metodi che ricevono come parametro oggetti BankAccount
In questo modo però se vogliamo estendere le funzionalità della classe DataSet ad altre classi (Coin per esempio) rimane necessario ogni volta aggiungere metodi per la classe desiderata
Riutilizzo
public class DataSet {public void add(int n) {
sum+=n;cc++;
}public double avg() {
return sum/cc;}
}
public class DataSet {private int sum;private int cc=0;
public void add(BankAccount B) {sum+=B.getBalance();cc++;
}
public void add(Coin C) {
sum+=C.getValue();cc++;
}
public double avg() {return sum/cc;
}
Riutilizzo
Possiamo notare però che il meccanismo per l’analisi dei dati è il solito in tutti i casi: viene letto il valore dell’oggetto passato e viene calcolata l’informazione
richiesta
Se tutte le classi che noi vogliamo passare alle funzioni di DataSet potessero accordarsi su un unico metodo getValue() che ritorna il valore su cui la classe DataSet calcola le statistiche, potremmo definire una sola funzione add()
Riutilizzo
Ma che tipo di oggetto passiamo come parametro per add() ?Definiamo una classe fittizia Measurable che descrive solamente l’interfaccia comune e poi specifichiamo le diverse classi che “implementano” l’interfaccia
public interface Measurable {public double getValue();
}public class DataSet {
public void add(Measurable x) {sum+=x.getValue();cc++;
}public double avg() {
return sum/cc;}
}
Riutilizzo
Le classi che dovranno essere passate come parametri di add(Measurable x) dovranno essere specificate come implementazioni della classe Measurable e dovranno implementare il metodo specificato nell’interfaccia:
public class BankAccount implements Measurable {public double getValue() {
return balance;}
}
public class Coin implements Measurable {public double getValue() {
return value;}
}
Interfaccia
I metodi di una interfaccia non sono dichiarati public perché lo sono per impostazione predefinita. Tuttavia, i metodi di una classe non sono pubblici se ciò non viene specificato: Quindi nell’ implementazione di una interfaccia è necessario specificare i
metodi come public
La classe Measurable, è una descrizione di più alto livello delle classi BankAccount e Coin. E’ possibile quindi utilizzare una variabile oggetto di tipo Measurable per memorizzare un oggetto di tipo BankAccount o Coin
Measurable x=new Coin();
Operatore instanceof
L’operazione inversa, invece, non è immediata come la precedente: Se siamo sicuri che un oggetti di tipo Measurable sia di tipo Coin
possiamo “forzare” la conversione tramite un cast Nel caso però in cui la forzatura non sia valida, ossia a run-time l’oggetto
forzato non è di tipo Coin, viene ritornato errore
Per verificare a run-time la corretta appartenenza ad una classe di un oggetto è possibile utilizzare l’operatore instanceof:
Measurable x= …;Coin y=(Coin)x;
Measurable x= …;Coin y;If (x instanceof Coin) {
y=(Coin)x;}
Interfacce
Le interfacce non possono avere variabili, ma è possibile dichiarare constanti che verranno “ereditate” da tutte le classi che implementano l’interfaccia: Quando vengono dichiarate le costanti in una interfaccia dovrebbero
essere omesse le parole chiave public, static e final poiché tutte le variabili in una interfaccia sono definite automaticamente public static final
public interface Move{int NORTH=0;int EAST=3;int SOUTH=6;int WEST=9;
}
Polimorfismo
La riga di codice
è molto utilizzata in pratica e permette di avere la variabile x disponibile per memorizzare oggetti di classi diverse:
Occorre ricordare però che in realtà non esiste alcun oggetto di tipo Measurable. Il tipo dell’oggetto sarà sempre una classe che implementa l’interfaccia
Measurable x;
x=new BankAccount();x=new Coin();
Polimorfismo
Pensiamo adesso a cosa accade quando viene chiamata una funzione dell’interfaccia:la JVM risolve il tipo dell’oggetto su cui è chiamato il metodo d’interfaccia ed invoca quello relativo alla classe “corretta”
Ciò significa che l’invocazione di un metodo d’interfaccia può chiamare metodi diversi: Il principio secondo cui il tipo dell’oggetto determinato a run-time
determina il metodo da chiamare è detto polimorfismo
In realtà in JAVA tutti i metodi sono polimorfi, poiché la scelta del metodo “giusto” da eseguire può dipendere dalla valutazione delle classi passate come parametro: overloading
Inner Class
Inner Class
Le Inner class sono classi definite all’interno di altre classi.
class Homer {
class Son { public void Speak() { System.out.println(“Son: Eat my socks!"); } }
Son Bart = new Son(); public void Speak() { System.out.println("Homer: DOH!"); Bart.Speak(); } }
Inner Class
Le Inner class non possono essere istanziate direttamente con new da classi esterne:
Un modo per rendere visibile la classe è creare un metodo che ritorni una istanza della Inner Class:
Homer.son Bart = new Homer.Son();
ERRORE
class Homer { … public Son CreateSon() { return new Son(); } public static void main(String[] args) { Homer Homer1 = new Homer(); Homer.Son Bart = Homer1.CreateSon(); } }
OK
Inner Class
Le Inner class che implementano interfacce pubbliche possono essere visibili all’esterno pur avendo l’implementazione nascosta all’interno della classe contenitore
interface Simpson { public void Speak(); }
class Homer {
pricate class Son implements Simpson { public void Speak() { System.out.println(“Son: Eat my socks!"); } } : : }
Inner Class definite nei metodi
Le Inner class possono essere definite anche nei metodi, nascondendole del tutto al resto del programma
È possibile utilizzare queste classi all’esterno solo se posseggono una interfaccia pubblica o una classe base
class Homer {
public void Speak() { class Son { System.out.println(“Son: Eat my socks!"); } } : : }
Inner Class anonime
È possibile costruire classi innestate senza specificare il tipo, ma solo specificando l’interfaccia che implementano
interface Point { public void setXY(int x, int y) public int getX(); public int getY(); } public class Prova { static public Point getPoint(final int x, final int y) { return new Point() { private int X, Y; {X = x; Y = y; } public void setXY(int x, int y) {X = x; Y = y;} public int getX() { return X; } public int getY() { return Y; } } } public static void main(String[] args) { Point p = getPoint(0, 0); System.out.println(“P(”+p.getX()+“,” +p.getY()+“)”); }}
Inner Class anonima che implementa l’interfaccia Point
Ereditarietà
Organizzazione gerarchica
Abbiamo visto che i package forniscono una struttura gerarchica per l’organizzazione delle classi
Una organizzazione gerarchica può esistere però anche tra le classi: una classe può essere un tipo particolare di un’altra classe più generica:
Veicolo Auto Ferrari
È possibile definire una struttura tra classe in cui da una classe generale vengono derivate classi sempre più specifiche che ereditano le proprietà ed i metodi delle classi genitore
Eredità
Come detto un problema può essere descritto in maniera più chiara se decomposto concettualmente in classi
Molte volte può essere necessario individuare classi di classi: in molte situazioni infatti è possibile individuare oggetti generali da cui
discendono una serie di classi “del tipo di”
In tale immaginario, le classi derivate “ereditano” lo stato delle classi genitore, aggiungendo funzionalità proprie della classe specifica:
Ereditarietà
Se pensiamo ad un veicolo, esso avrà delle funzioni (muovi, frena, gira ecc…) e delle proprietà (peso, lunghezza, larghezza ecc…)
Da una classe di oggetti veicolo possono poi essere derivati altri tipi di oggetti: bicicletta, Autoveicolo, Motoveicolo
ognuno con delle funzionalità proprie: ad esempio la funzione accendi() non dovrebbe appartenere alla classe bicicletta
Inoltre la classe autoveicolo potrebbe a sua volta essere suddivisa in base al tipo di autoveicolo: Auto, camion, van, ecc…
ognuna con proprietà e funzioni proprie e diverse dall’altro
Ereditarietà
Veicolo
Autoveicolo MotoveicoloBicicletta
AutomobileAutocarro
Utilitaria Berlina Jeep
Ereditarietà
In Java è possibile dichiarare una classe come figlia di un’altra classe tramite la parola extends
La classe genitore viene riferita come superclasse, mentre la classe più specifica (figlia) viene chiamata sottoclasse
Nei diagrammi, l’ereditarietà siindica con una freccia a vuotodiretta dal figlio verso il padre
public class Auto extends Veicolo {
}
Veicolo
Auto
Eredità o interfaccia ?
A questo punto potremmo chiederci cosa ci sia di diverso tra l’ereditarietà e l’implementazione di una interfaccia?
Un’interfaccia non è una classe, non ha uno stato né un comportamento: indica solamente quali metodi sono da implementare.
Una superclasse ha uno stato ed un comportamaento e questi vengono ereditati dalla classe derivata.
L’ereditarietà realizza il concetto di riutilizzo del codice: grazie all’ereditarietà, infatti, non siamo costretti a rifare il lavoro di
progettazione della classe e di implementazione delle funzioni più generali
Ereditare variabili e metodi
Quando definiamo una classe come estensione di una superclasse, ereditiamo tutte le variabili e le funzioni della classe genitore ed in più possiamo aggiungere nuove variabili o funzioni
Cosa succede se ridefiniamo un metodo che già esiste nella superclasse?
Il metodo viene “sovrascritto” (override) ovvero il metodo della superclasse è sostituito dalla nuova implementazione del metodo nella sottoclasse. Ogni chiamata a quel metodo da oggetti della sottoclasse, viene risolta con la nuova implementazione
Ereditare variabili e metodi
Così come è possibile ridefinire le funzioni, è possibile ridefinire anche le variabili membro, mettendo in ombra così le variabili della superclasse omonime: in questo caso però, nella sottoclasse esiste comunque una istanza
della variabile della superclasse
In entrambi i casi è sempre possibile fare riferimento ad una variabile o un metodo della classe genitore tramite l’indicatore di oggetto super:
…super.drive();…int y = super.carburante;
Chiama esplicitamente la funzione drive() della classe genitore
Legge il valore della variabile membro carburante della classe genitore
Costruttore
Tramite la parola super, è possibile fare riferimento anche al costruttore della superclasse:
class Quadrato extends Rettangolo { public Quadrato(float lung){ super(lung,lung); }
public float diag(){ return Math.sqrt(2) * l; }}
....Quadrato q1=new Quadrato(2);System.out.println(q1.area());
class Rettangolo { float h, l; public Rettangolo(float alt, float lung){ h=alt; l=lung; }
public float diag(){ return Math.sqrt((h*h)+(l*l)); }}
override
costruttore super-class
Visibilità
L’ereditarietà implica alcuni problemi di visibilità dei metodi e delle variabili
Che diritti può avere una classe derivata su un metodo o una variabile membro della superclasse che è stata definita privata?
È possibile definire variabili private che siano private ma utilizzabili per le classi derivate?
Sono state definite le seguenti regole tra classi e sottoclassi: La visibilità di una variabile o di un metodo di una superclasse è
specificata da “specificatori di accesso”
Specificatori di accesso
Public – rende visibile la variabile o il metodo a tutte le classi
Private – nasconde la variabile o il metodo a tutte le classi, comprese le classi derivate
Protected – nasconde le variabili ed i metodi a tutte le classi tranne quelle nello stesso package
Nessun specificatore – utilizza Protected come visibilità di default
Visibilità
Stesso Package Package diversiEreditabile Accessibile EreditabileAccessibile
Public sモ sモ sモ sモProtected sモ sモ sモ noPrivate sモ sモ no no
Upcasting
È la proprietà più importante dell’ereditarietà
Il concetto è molto semplice: tutti i metodi che hanno una classe come parametro accettano anche tutti le classi derivate
Il termine upcasting deriva dalla direzione con cui ci si muove sugli alberi di ereditarietà:
Metodi
Stato
Metodi
Stato Veicolo
Auto
Upcasting
public class Concessionario { protected Veicolo[] parcheggio; // costruttore: specifica la dimensione del parcheggio public Concessionario(int dim) { parcheggio = new Veicolo[dim]; } // mette un oggetto nel parcheggio senza controllare lo spazio public void add (Veicolo v) {
parcheggio[parcheggio.length]=v;}
}
Inserimento di un oggetto Veicolo: può essere un oggetto Auto, Autocarro, ecc… upcast
Downcasting
Anche qui il concetto è semplice: se siamo sicuri che un handle, pur essendo di una classe, si riferisca ad un oggetto discendente, allora è possibile effettuare la conversione
La conversione è forzata: cast esplicito
// preleva un veicolo dal parcheggio: se è un oggetto Auto, // lo restituisce come oggetto Auto, altrimenti ritorna null public Auto getAuto(int x) {
if (parcheggio[x] instanceof Auto) return (Auto) parcheggio[x];return null;}
downcast
RTTI (Run-Time Type Identification) Per risolvere un riferimento ad una superclasse si può utilizzare la
risoluzione a run-time del tipo di oggetto
Avevamo già visto nel caso di interface come risolvere a run-time il tipo di oggetto: instanceof
L’RTTI (Run-Time Type Identification) è il sistema che permette di capire a che classe appartiene un oggetto.
Downcastingpublic class Concessionario { protected Veicolo[ ] parcheggio; // costruttore: specifica la dimensione del parcheggio public Concessionario(int dim) { parcheggio = new Veicolo[dim]; } // mette un oggetto nel parcheggio senza controllare lo spazio public void add (Veicolo v) {
parcheggio[parcheggio.length]=v;}
// preleva un veicolo dal parcheggio: se è un oggetto Auto, // lo restituisce come oggetto Auto, altrimenti ritorna null public Auto getAuto(int x) {
if (parcheggio[x] instanceof Auto) return (Auto) parcheggio[x];return null;}
}
Inserimento di un oggetto Veicolo: può essere un oggetto Auto, Autocarro, ecc… upcast
Prelievo di un Oggetto Auto: cast da Veicolo ad Auto downcast
Lo specificatore final
Avevamo visto che final era utilizzato all’interno di una classe per definire una costante: Una variabile inizializzata in fase di dichiarazione e non più modificabile
È possibile utilizzare final anche per i metodi: in tal caso il metodo non può più essere sovrascritto in una classe derivata
Lo specificatore abstract
Il JAVA permette di definire classi i cui metodi non hanno implementazione, queste classi si dicono astratte (abstract):
Una classe astratta non può essere istanziata ma solamente estesa da classi derivate
abstract class Shape {}
Lo specificatore abstract
Una classe astratta può avere dei metodi astratti che quindi non devono essere implementati:
Se una classe ha almeno un metodo astratto, deve essere dichiarata abstract
abstract class Poligono {…abstract double getArea();…
}
Lo specificatore abstract
I metodi astratti però devono essere implementati obbligatoriamente nelle classi derivate, a meno che anch’esse siano dichiarate abstract
abstract class Poligono {…abstract double getArea();double nLati() {
return n;}
}
class Quadrato extends Poligono {…double getArea() {
return l*l;}…
}
Classi astratte
I vantaggi nella definizione di classi abstract sono:
definire una classe abstract significa definire una interfacciacomune a tutte le classi derivate
una classe abstract non può essere istanziata: se ciò viene fattoil compilatore produce un errore. Questo permette al progettistadella classe di costringere l’utente a definire il comportamentodei metodi astratti
abstract ed interface
Ma cosa distingue una classe astratta da un interfaccia?
Nelle classi astratte è possibile definire proprietà utilizzando tutti gli specificatori di visibilità (public, private, ecc …) , mentre nelle interfacce questo non è possibile: in questo caso infatti le variabili divengono automaticamente STATIC and FINAL
Nella interface il concetto di implementazione è assolutamente inesistente. In pratica si stabilisce un protocollo di accesso, che poi verrà utilizzato da tutte le classi che utilizzano la medesima interfaccia
L’ interface permette l’ereditarietà multipla
La classe Object
L’ereditarietà in Java prevede una classe ROOT da cui discende qualsiasi altra classe: la classe Object
Ogni classe, che rappresenti qualsiasi entità, è sicuramente una derivazione della classe Object e quindi mette a disposizione i metodi di tale superclasse: protected Object clone() – copia Boolean equals(Object obj) – uguaglianza protected void finalize() – dealloca l’oggetto (Garbage Collector) Class getClass() – ritorna il tipo dell’oggetto a run-time int hashCode() – ritorna un hash per l’oggetto
Dovuti al fatto che JAVA lavora con i riferimenti
Risoluzione del tipo a run-time
La classe Object
void notify() – riprende un thread fermo su questo oggetto void notifyAll() – sveglia tutti i thread fermi su questo oggetto String toString() – ritorna una rappresentazione in stringa dell’oggetto
void wait() – ferma l’oggetto fino a che non viene chiamato il notify() o notifyAll()
void wait(long timeout) – come sopra però con un timeout massimo void wait(long timeout, int nanos) – come sopra però permette di specificare
il timeout in nanosecondi
Ritorna una versione stampabile dell’oggetto
Garbage Collector
Quanto “vivono” gli oggetti?
Il programmatore si occupa di costruire gli oggetti, ma non di distruggerli
In JAVA la deallocazione degli oggetti è gestita automaticamente: quando un oggetto non è più utilizzato, la memoria utilizzata viene
liberata automaticamente
L’entità che si occupa di liberare memoria non più utile è il Garbage Collector
public void xxx(){
Float W = new Float(0.5);
} L’handle W scompare, ma non l’oggetto associato!
Il Garbage Collector
Il garbage collector è avviato automaticamente dalla JVM, ma è possibile forzare la chiamata al Garbage Collector tramite una funzione ereditata da tutte le classe dalla classe Object:
È possibile capire se un oggetto è ancora referenziato (vivo) utilizzando due possibili tecniche: Conteggio Ricostruzione
System.gc();
Conteggio
Questa tecnica prevede di contare i riferimenti agli oggetti.
Lo svantaggio è che molte volte gli oggetti si auto-referenziano:
B
C
A
1
1
1
da variabile
non utilizzatonon utilizzato
Ricostruzione Un’altra tecnica è quella di seguire a ritroso i riferimenti fino ad una
variabile static oppure presente nello stack ed ancora attiva:
A:
B:
C:
C
Anon utilizzato
B C:
MemoriaB:
D
Memoria
A C
B D
Strategie di GC
Ma cosa fare quando vengono trovati gli oggetti non più utilizzati?
Stop-and-Copy: una volta trovati gli oggetti da rimuovere, vengono copiati in un altro heap gli oggetti ancora referenziati, e modificati tutti i riferimenti a loro collegati. L’heap originario è sostituito dal nuovo heap.
Mark-and-Sweep: una volta trovati gli oggetti da rimuovere, questi vengono eliminati senza copiare quelli ancora referenziati. In seguito l’heap può essere riorganizzato spostando solo alcuni oggetti ancora vivi, più piccoli degli spazi rilasciati.
Adaptive Garbace Collection
La tendenza attuale è quella di utilizzare entrambe le tecniche (Adaptive Garbace Collection), ma in momenti diversi:
la tecnica Stop-and-Copy viene utilizzata solo quando l’heap è troppo frammentato, e quindi è necessaria una riorganizzazione
la tecnica Mark-and-Sweep è più veloce, ma l’heap viene frammentato