Objektno orijentirano programiranje

Transcription

1 Objektno orijentirano programiranje 6. tema Apstraktne klase i sučelja Zaštićeno licencom

2 Geometrijski likovi Kako i što modelirati za npr. trokut, pravokutnik, poligon, krug i ostale geometrijske likove? Možemo li prepoznati zajedničke elemente svih geometrijskih likova? Možemo li ih i trebamo li ih hijerarhijski posložiti? Spremamo li niz geometrijskih likova ili nekoliko različitih nizova (niz trokuta, niz pravokutnika, ) Želimo li postupak koji ispisuje površine i opsege geometrijskih likova neovisno što su oni (po uzoru na ispis puteva iz prethodnih predavanja)? => Očito, postoji potreba za hijerarhijom geometrijskih likova 2

3 Geometrijski lik početna implementacija Za geometrijski lik definirat ćemo naziv lika i postupke za opseg i površinu, jer to svi geometrijski likovi imaju. package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public class Shape { private String name; public Shape(String name) { this.name = name; public String getname(){ return name; public double area(){... public double perimiter(){... 3

4 Površina i opseg geometrijskog lika? Kako izračunati površinu i opseg geometrijskog lika? Znamo kako se računa površina trokuta, kruga, poligona,, ali kako izračunati površinu lika za kojeg ne znamo što je? Bez dodatnih podataka očito nikako Što vratiti za površinu i opseg nepoznatog geometrijskog lika? 0, -1, neki magični broj, ispisati prigodnu poruku, generirati iznimku, srušiti program? Geometrijski lik je preopćenit i ne bi trebao imati kôd za postupke opseg i površina Kod postupka ne pišemo, a postupak označimo s modifikatorom abstract public abstract double area(); public abstract double perimiter(); 4

5 Geometrijski lik kao apstraktni razred (1) Geometrijski lik nije implementiran do kraja (ima apstraktne metode), pa je i sam apstraktan što se označava abstract public abstract class Shape {... Primjerak apstraktnog razreda ne može se direktno stvoriti (s operatorom new) => ne možemo direktno s new Shape() kreirati primjerak apstraktnog razreda Ispravno, jer ne smije/ne može nastati nepoznati lik, već konkretni likovi Zašto bismo imali apstraktni razred? Zato što možemo imati zajednički nazivnik za konkretne likove - Npr. polje geometrijski likova ili postupak koji prima geometrijski lik - Apstraktni razred može imati postupke koji nisu apstraktni, a zajednički su za više (ili čak sve) geometrijske likove 5

6 Geometrijski lik kao apstraktni razred (2) Primjer: 6_AbstractIncorrectShapeName Primjer ima logičku pogrešku o kojoj će biti govora naknadno package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public abstract class Shape { private String name; public Shape(String name) { this.name = name; public String getname(){ return name; public abstract double area(); public abstract double perimiter(); 6

7 Apstraktni razredi Klasa koja ima bar jednu apstraktnu metodu mora biti apstraktna. Klasu možemo proglasiti apstraktnom čak i ako nema nijednu apstraktnu metodu. Klasa koja naslijedi apstraktnu klasu može biti apstraktna. Apstraktni postupci nemaju kod Iza naziva postupka ide ; umjesto koda u vitičastim zagradama public abstract double area(); Apstraktni razredi mogu imati konstruktore, ali se ne može direktno stvoriti primjerak s new NazivApstraktnogRazreda() Konstruktor biva pozvan prilikom stvaranja objekta koji ga naslijeđuje 7

8 Krug (1) Krug modeliramo tako da definiramo središte i radijus Krug je geometrijski lik, pa će naslijediti razred Shape Konstruktor prima središte i radijus, a konstruktoru geometrijskog lika predaje svoj naziv package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public class Circle extends Shape { private int radius;... private Point center; public Circle(Point center, int radius) { super("circle"); this.center = center; this.radius = radius; 8

9 Krug (2) Krug implementira svoje postupke za površinu i opseg Napomena: u engleskom jeziku opseg kruga je circumference, ali zbog konzistentnosti modela koristit ćemo naziv perimeter package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public class Circle extends Shape public double area() { return radius * radius * public double perimeter() { return 2 * radius * Math.PI; 9

10 Referenca apstraktnog tipa i objekt izvedenog razreda Moguće je stvoriti objekt tipa Circle i pridružiti ga referenci tipa Shape (naravno, nije nužno) Shape shape = new Circle(new Point(2,5), 3); System.out.println(shape.getName()); System.out.println(shape.area()); System.out.println(shape.perimiter()); 10

11 Poligon - konstruktor Poligon nasljeđuje geometrijski lik Poligon modeliramo zadajući niz točaka koji predstavljaju vrhove poligona u smjeru obrnutom od kazaljke na satu Kao i u primjeru za Path stvaramo nove točke (kompozicija) public class Polygon extends Shape { private Point[] vertices; public Polygon(Point[] vertices) { super("polygon"); this.vertices = new Point[vertices.length]; for(int i=0; i<vertices.length; i++){ this.vertices[i] = new Point(vertices[i]);... 11

12 Poligon - opseg S obzirom da se formula za udaljenost dviju točaka računa nekoliko puta, izdvajanjem tog koda u poseban postupak smanjuje se mogućnost pogreške i kôd postaje čitljiviji public class Polygon extends Shape public double perimiter() { double d = 0; int len = vertices.length; for(int i=1 ; i<len ; i++) d += distance(vertices[i], vertices[i-1]); d += distance(vertices[len - 1], vertices[0]); return d; private double distance(point a, Point b){... return Math.sqrt((b.X - a.x)*(b.x - a.x) + (b.y - a.y)*(b.y - a.y)); 12

13 Poligon - površina Pretpostavit ćemo da se stranice poligona ne sijeku public class Polygon extends Shape public double area() { double d = 0; int len = vertices.length; for(int i=1; i<len ; i++){ d += vertices[i].y * vertices[i-1].x - vertices[i].x * vertices[i-1].y; d += vertices[0].y * vertices[len-1].x return d / 2; - vertices[0].x * vertices[len-1].y; 13

14 Primjer postupka koji radi s nizom geometrijskih likova public static void main(string[] args) { Shape[] shapes = new Shape[2]; shapes[0] = new Circle(new Point(2,5), 3); Point[] points = new Point[3]; points[0] = new Point(0,0); points[1] = new Point(4,0); points[2] = new Point(4,3); shapes[1] = new Polygon(points); writeshapedata(shapes); private static void writeshapedata(shape[] shapes) { for(shape shape:shapes) { System.out.format("%s Area=%.2f Perimeter=%.2f\n", shape.getname(), shape.area(), shape.perimeter()); 14

15 Trokut Trokut je geometrijski lik, ali je i poligon, pa može direktno naslijediti poligon samim time se može pridružiti referenci tipa Shape Kako modelirati trokut? Uvesti tri nove točke ili koristiti činjenicu da poligon već ima svoje točke - Odgovor na pitanje nije tako jednostavan (više kad se bude pričalo o S.O.L.I.D. principima), iako se u ovom trenutku čini logičnim i najjednostavnijim koristiti funkcionalnost poligona 15

16 Trokut Konstruktor trokuta prima tri točke i konstruktoru poligona predaje te tri točke kao polja točaka public class Triangle extends Polygon { public Triangle(Point a, Point b, Point c){ super(new Point[]{a, b, c);... Poligon zahtijeva da su točke navedene u smjeru obrnutom od kazaljke na satu. Za trokut ne želimo nametati takvo pravilo. Nuspojava je da iznos površine može ispasti negativan, pa se postupak za površinu nadjača ispravnom verzijom koja zanemaruje predznak Postupak iz naslijeđenog razreda (poligona) pozove sa public double area() { return Math.abs(super.area()); 16

17 Pogreška u dizajnu Proširimo kôd u kojem se stvaraju geometrijski likovi s Trokutom i promotrimo ispis public static void main(string[] args) { Shape[] shapes = new Shape[3];... Point A = new Point(0,0); Point B = new Point(4,3); Point C = new Point(4,0); shapes[2] = new Triangle(A, B, C); writeshapedata(shapes); Ispis: Circle Area=28.27 Perimeter=18.85 Polygon Area=6.00 Perimeter=12.00 Polygon Area=6.00 Perimeter=

18 Ime geometrijskog lika Zašto je za ime geometrijskog lika za trokut ispisano Polygon? Trokut nije postavljao svoje ime, već je to učinio konstruktor poligona Može li se unutar konstruktora trokuta pozvati super("triangle")? Ne, jer se super odnosi na neposrednu nadređeni razred, a poligon nema takav konstruktor Može li se promijeniti ime geometrijskog lika iz koda konstruktora trokuta Ne, jer je članska varijabla za ime označena s private u geometrijskom liku 18

19 Jedno moguće rješenje Promijeniti modifikator vidljivosti varijable za ime na protected Uvođenje postupka setname ili stavljanje modifikatora public bi omogućilo nekontrolirane promjene public abstract class Shape { protected String name;... public class Triangle extends Polygon { public Triangle(Point a, Point b, Point c){ super(new Point[]{a, b, c); this.name = "Triangle"; Alternativno rješenje je unutar razreda Shape definirati apstraktni postupak getname koji će biti nadjačan. 19

20 Drugo moguće rješenje Napraviti novi konstruktor u klasi Polygon koji ima modifikator vidljivosti protected te ga koristiti u konstruktoru klase Triangle public class Polygon {... protected Polygon(Point[] vertices, String name) { super(name); this.vertices = new Point[vertices.length]; for(int i=0; i<vertices.length; i++){ this.vertices[i] = new Point(vertices[i]);... public class Triangle extends Polygon { public Triangle(Point a, Point b, Point c){ super(new Point[]{a, b, c, "Triangle"); 20

21 Kako modelirati Pravokutnik? Treba donijeti odluku žele li se modelirati a. samo pravokutnici čije su stranice paralelne s koordinatnim osima => Dovoljno zadati gornji lijevi kut te širinu i visinu b. Ili pravokutnici s bilo kakvim kutom u odnosu na osi => Treba zadati dvije točke i jednu dimenziju, ili tri točke. Odabrat ćemo varijantu a. Uobičajene funkcije za crtanje funkcioniraju na taj način Možemo li iskoristiti isti princip kao i za trokut? Možemo, s tim da možemo napisati bolje postupke za površinu i opseg. 21

22 Pravokutnik - konstruktor Pravokutnik modeliramo koristeći gornji lijevi vrh te širinu i visinu Za konstruktor poligona izračunamo preostale tri točke Sačuvamo podatke o širini i duljini zbog opsega i površine public class Rectangle extends Polygon { private Point topleft; private int width; private int height; public Rectangle(Point topleft, int width, int height) { super(new Point[] { topleft, ); new Point(topLeft.X, topleft.y - height), new Point(topLeft.X + width, topleft.y - height), new Point(topLeft.X + width, topleft.y) this.topleft = topleft; this.width = width; this.height = height; this.name = "Rectangle"; 22

23 Pravokutnik opseg i površina Površina i opseg pravokutnika se lako izračunaju. U principu, mogli smo koristiti i postupke iz poligona, ali očito je da može jednostavnije package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public class Rectangle extends Polygon public double area(){ return height * public double perimiter(){ return 2 * height + 2 * width; 23

24 Proširimo primjer ispisa površina i opsega likova public static void main(string[] args) { Ispis Shape[] shapes = new Shape[4]; shapes[0] = new Circle(new Point(2,5), 3); shapes[1] = new Polygon(points); shapes[2] = new Triangle(A, B, C); shapes[3] = new Rectangle(new Point(2, 3), 5, 7); writeshapedata(shapes); private static void writeshapedata(shape[] shapes) { for(shape shape:shapes) { System.out.format("%s Area=%.2f Perimeter=%.2f\n", shape.getname(), shape.area(), shape.perimeter()); Circle Area=28.27 Perimeter=18.85 Polygon Area=6.00 Perimeter=12.00 Triangle Area=6.00 Perimeter=12.00 Objektno orijentirano programiranje, FER Rectangle Area= Perimeter=

25 Put i geometrijski lik => oblik Imaju li put i geometrijski lik nešto zajedničko? Ako bismo ih crtali na ekranu oni bi zauzimali određenu širinu i visinu Crta na ekranu bi bila određene duljine - Kod geometrijskog lika je to opseg - Kod puta je to njegova duljina Zajedničke elemente možemo prebaciti u zajedničku nadklasu Figure koja ima postupke za visina, širinu i duljinu i naziv oblika Kao i klasa Shape za geometrijski lik, Figure je apstraktna klasa Oblici bi mogli biti i razne krivulje, npr. cikloida, sinusoida, zatim grafovi funkcija na nekom intervalu domene Ne bi bili određeni skupom točaka, ali imaju duljinu, visinu i širinu 25

26 Razred Figure za općenite oblike Cijelo rješenje je u primjeru 6_AbstractFigure Iz razreda Shape izbacit ćemo konstruktor koji prima naziv lika i privatnu varijablu za spremanje imena Ime oblika dobit će se kao rezultat apstraktnog postupka getname u razredu Figure koji će biti nadjačan package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public abstract class Figure { public abstract double getlength(); public abstract double getwidth(); public abstract double getheight(); public abstract String getname(); 26

27 Razred Shape nakon uvođenja razreda Figure Osim apstraktnih postupaka, ostao je samo postupak koji za duljinu oblika vraća opseg geometrijskog lika Opseg je apstraktni postupak koji će implementirati izvedeni razredi package hr.fer.oop.topic6.abstractclasses; public abstract class Shape extends Figure { public abstract double area(); public abstract double perimeter(); public double getlength(){ return perimeter(); 27

28 Put i poligon Put je bio definiran kao skup točaka Poligon je bio definiran kao skup točaka Moglo bi se zaključiti da je poligon put koji počinje i završava u istoj točki Tada bi opseg poligona bio jednak duljini takvog puta Površinu bi trebali dodatno izračunati Mogu li geometrijski likovi biti posebni oblik Puta (naslijediti Put)? - Ne, jer ne vrijedi za sve likove (npr. Krug)! Može li poligon naslijediti put? - Ovisi o jeziku! - Java ne dopušta višestruko nasljeđivanje! C++ da. 28

29 Višestruko nasljeđivanje Scott Meyers, Effective C++ Depending on who's doing the talking, multiple inheritance (MI) is either the product of divine inspiration or the manifest work of the devil Trebalo li zaista višestruko nasljeđivanje? Nasljeđivanje koristiti kad je to stvarno potrebno. Na prvi pogled izgleda kao da je potrebno, međutim, primijetimo da nakon uvođenja razreda Figure razred Shape nema nikakav kod ni varijabli, osim postupka koji za duljinu vraća opseg - Nije nužno => svaki izvedeni razred to može i sam napraviti Izbacimo li taj postupak Shape je zapravo samo specifikacija što izvedeni razred ima, bez navođenja kako se to radi Isto vrijedi i za Figure 29

30 Sučelja Specifikacija što razred mora imati naziva se sučelje i modelira se ne kao razred (class), već kao sučelje (interface) Razredi se nasljeđuju, sučelja se implementiraju Nazivi sučelja mogu počinjati slovom I, a mi ćemo se tog dogovora držati u narednim primjerima Sučelje može naslijediti neko drugo sučelje Razredi u Javi mogu naslijediti samo jedan razred, ali mogu implementirati više sučelja Na ovaj način razred geometrijski lik možemo izbaciti iz hijerarhije nasljeđivanja i pretvoriti ga u sučelje IShape Tako bi npr. poligon mogao naslijediti put i implementirati IShape S obzirom da je i Figure samo popis postupaka nema razloga da i njega ne pretvorimo u sučelje IFigure 30

31 Sučelja IShape i IFigure package hr.fer.oop.topic6.interfaces; public interface IFigure { public double getlength(); public double getwidth(); public double getheight(); public String getname(); public interface IShape { public String getname(); public double area(); public double perimeter(); 31

32 Krug kao primjer implementacije IFigure i IShape package hr.fer.oop.topic6.interfaces; public class Circle implements IShape, IFigure public String getname(){ return public double area() { return radius * radius * public double getlength(){ return perimeter(); 32

33 Što kad dva sučelja definiraju postupak istog imena U prethodnom primjeru i sučelje IShape i sučelje IFigure predviđaju postojanje postupka getname. Načinjena je jedna zajednička implementacija Što ako se radi o postupcima koji trebaju imati različito ponašanje za pojedino sučelje? U Javi nije izvedivo 33

34 Implementacija postupka u sučeljima Novost u Javi od verzije 8 je mogućnost pisanja pretpostavljenog postupka (engl. default method) za sučelje Motivacija je bila omogućiti dodavanja novih postupaka u sučelja bez da se moraju mijenjati postojeće implementacije. Primjer (ali bez velikog praktičnog značaja) package hr.fer.oop.topic6.interfaces; public interface IShape { default public String getname() { return "Shape"; public double area(); public double perimeter(); 34

35 Poligon i put Poligon sada može naslijediti put. Budući da je put implementirao IFigure,poligon nasljeđivanjem automatski implementira IFigure te treba implementirati IShape - Potrebno prilagoditi postupak za opseg package hr.fer.oop.topic6.interfaces; public class Polygon extends Path implements IShape { public Polygon(Point[] vertices) super(vertices); public double perimeter() { double d = super.length();... d += distance(points[points.length - 1], points[0]); return d; 35

36 Primjer postupka koji koristi sučelje IFigure Za sve oblike ispisuje se ime, visina, širina, duljina te se provjerava da li je oblik put i/ili geometrijski lik te se u tom slučaju ispisuju dodatni podaci private static void writefiguresdata(ifigure[] figures) {... for(ifigure f:figures) { System.out.format("\n%s Length=%.2f Width=%.2f Height=%.2f\n", f.getname(), f.getlength(), f.getwidth(), f.getheight()); if (f instanceof Path ) ((Path) f).write(); if (f instanceof IShape){ IShape shape = (IShape) f; System.out.format("Shape data: %s Area=%.2f Perimiter=%.2f\n", shape.getname(), shape.area(), shape.perimeter()); 36

37 Još jedan primjer sučelja sučelje za funkciju Sučeljem IFunction definira postupak koji izračunava vrijednost funkcije u točki x te postupak za ispis formule funkcije. package hr.fer.oop.topic6.interfaces; public interface IFunction { public String formula(); public double getvalue(double x); Ovo sučelje će implementirati novi razred Sine koji predstavlja sinus funkciju (i alternative vezane za amplitudu i pomak) te razred Circle public class Circle implements IShape, IFigure, IFunction 37