6. Java: Ereditarietà - di-srv.unisa.it · ASD: Sistemi Distribuiti (Prof. Scarano) 24/04/2002 1 Corso di Laurea in Informatica Università degli Studi di Salerno 6. Java: Ereditarietà

ASD: Sistemi Distribuiti (Prof. Scarano) 24/04/2002

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Corso di Laurea in Informatica

Università degli Studi di Salerno

6. Java: Ereditarietà

Vittorio Scarano

Algoritmi e Strutture Dati: Sistemi Distribuiti

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Organizzazione della lezione

• Il namespacedi Java: i package• Supporto alla documentazione: JavaDoc• Ereditarietà

– Polimorfismo– Binding dinamico

• Casting e conversioni di tipo• Classi astratte• Interfacce

– motivazioni, modalità di uso e proprietà


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Spazio di indirizzamento (Namespace)

• Non esistono variabili globali– ogni campo e metodo sono all'interno di classi

– Ogni classe è all'interno di un package

• I package hanno un nome univoco – david.games.tetris.SoundEffect.play()

Java è costruito per il caricamento dinamico delle classi, anche da rete

Il problema dell' indirizzamento è trattato con cura

Package name Classe Metodo


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I package

• Servono per raggruppare classi Java

• La libreria Java è distribuita in package– java.util, java.lang, etc.

• Organizzazione gerarchica:– tutto la libreria sotto java.* e javax.*

• Non necessario strettamente per programmi piccoli:– ma utile al crescere della dimensione del programma

– e, conseguentemente, al crescere del numero di classi

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Motivazioni per i package

• Organizzazione di programmi in unità

• Permettono di fornire un nome unico per le classi:• basato spesso sul dominio Internet, scritto in ordine inverso

• ad esempio: com.horstmann.corejava.example

• Permettono una ulteriore protezione di visibilità– una classe può accedere a tutte le classi del suo package e a

tutte le classi public degli altri package

• Servono per identificare le classi


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Uso dei package

• Accesso:– inserimento del nome completo

– uso della istruzione import

• Istruzione import:– non è possibile usarla così

• import java.*.* • import java.l*

java.util.Date oggi = new java.util.Date();

import java.util.*;……Date oggi = new Date();

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Attenzione: import non è include

• include– direttiva al preprocessore di inserire i file indicati all’interno

del sorgente

– tipicamente usata per utilizzare file headerdi interfaccia per libreria

– non “eliminabile” dall’uso quotidiano

• import– semplificazione nella specifica del nome delle classi

– di fatto, possibile non usarla


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Classi in un package

• Prima del codice inserire:

• Se non si indica alcun package:– i file fanno parte del package di default

• Associazione tra namespace e filesystem– i file del package vanno inseriti in una sottodirectory

corrispondente al nome completo del package

– esempio: com/horstmann/corejava è la directory del package com.horstmann.corejava

package com.horstmann.corejava;

class Qualsiasi {……

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Un esempio: la classe PackageTest

import com.horstmann.corejava.*;

public class PackageTest {public static void main (String [ ] args) {

Employee impieg ;impieg=new Employee (“Gianni”, 30000,

1987, 12, 10); impieg.raiseSalary(5);System.out.println (

“Nome:”+ impieg.getName() +“ Salario:” + impieg.getSalary() +“ Assunto:”+ impieg.getHireDay() );

}}}

• Importa un package– di cui usa la classe

Employee

• Istanza di Employee

• Aumento stipendio

• Stampa

PackageTest.java


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Un esempio: la classe Employee

package com.horstmann.corejava;import java.util.*;

public class Employee {….….

// campi delle istanze della classeprivate String name;private double salary;private Date hireDay;

}

• Appartenenza ad un package

• Importa un package

• Filesystem:• PackageTest.java• PackageTest.class• com\

• horstmann\• corejava\

• Employee.java• Employee.class

Employee.java

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Localizzazione delle classi

• Di solito, preferibile non fare riferimento alla directory corrente

• Possibile selezionare directory che servono da punto di partenza per cercare le classi (per javac e java)– percorso delle classi (CLASSPATH)

• Variabile di ambiente:– CLASSPATH=.;C:\classes;D:\classes

• Su linea di comando di javac e java– javac -classpath C:\classes ProgramJava.java

• Possibile inserire le classi in un archivio (JAR)


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Visibilità: l’uso dei package

• Tra le visibilità: – public (accessibile a tutte le classi)

– private (accessibile solamente alla classe)

• ..esiste l’ambito di package:– quando una classe, un metodo, una variabile non sono

cotrassegnate né public né private allora

– risultano visibili da tutte le classi dello stesso package

• Attenzione:– mentre per i metodi questa strategia risulta accettabile

– … per i campi va contro l’incapsulamento dei dati

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La documentazione

• Specialmente nella programmazione orientata ad oggetti, la documentazione è fondamentale– la suddivisione del programma in classi rende di difficile

consultazione la documentazione per i numerosissimi metodi delle numerosi classi di cui si compone un programma

• Javadoc– crea automaticamente documentazione

– … se inserita dal programmatore con commenti particolari (/** … */)

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Documentazione in Javadoc

package com.horstmann.corejava;import java.util.*;/**

Questa classe rappresenta un esempio di una classe appartenente ad un package.La classe definisce oggetti Impiegato che hanno nome, salario e datadi assunzione come dati. Vengono forniti dei semplici metodi per illoro trattamento.@author Vittorio Scarano@version 3.2.5

*/public class Employee{….


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Documentazione in Javadoc (2)

…public class Employee{

/**Metodo costruttore inserito (con tutti i parametri). Da notare che iparametri passati per la data di assunzione sono anno, mese e giorno, ma chequesti vengono rappresentati in maniera diversa all'interno del programma.@param n (String) il nome dell'impiegato@param s (double) il salario di inizio@param year (int) l'anno di assunzione@param month (int) il mese di assunzione@param day (int) il giorno di assunzione*/public Employee(String n, double s,

int year, int month, int day){….

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/**Metodo per accedere al campo nome dell'oggetto@return restituisce il nome (String)*/public String getName(){

return name;}/**Metodo per accedere al campo salario dell'oggetto@return restituisce il salario (double)*/public double getSalary(){

return salary;}


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/**Metodo per accedere alle informazioni sulla data di assunzione@return restituisce la data di assunzione (Date)

*/public Date getHireDay(){

return hireDay;}/**

Metodo per aumentare il salario dell'impiegato. Viene passatala percentuale di aumento e il salario risulta aumentato@param byPercent (double) percentuale di aumento

*/public void raiseSalary(double byPercent){

double raise = salary * byPercent / 100;salary += raise;

}

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/ **Campo nome dell'impiegato

*/private String name;/**

Campo salario dell'impiegato*/private double salary;/**

Campo data di assunzione dell'impiegato*/private Date hireDay;

}


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Alcuni suggerimenti

• Mantenere sempre, sempre, semprei dati privati

• Inizializzare i dati

• Se una classe contiene troppi campi di dati primitivi, forse è il caso di creare un’altra classe

• Creare con criterio i metodi di modifica dei campi

• Suddividere le classi “troppo” grandi

• Utilizzare la documentazione del codice sin dall’inizio della scrittura dei programmi

• Utilizzare le convenzioni per nomi di classi, di variabili, di metodi etc.

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L’esempio della classe Employee

import java.util.*; // per Date e Calendarpublic class Employee {

public Employee (String n, double s, int year, int month, int day)

{ name = n;salary = s;GregorianCalendar cal =new GregorianCalendar(year,

month-1, day);hireDay = cal.getTime();

}// …………………..Uno dei metodi di accesso

public String getName () { return name;}private String name;private double salary;private Date hireDay;

}

• Il costruttore– stesso nome della classe– assegna i campi

dell’oggetto che costruisce

• Un metodo di accesso– restituisce il nome

• Campi della istanza– una stringa (Nome)– un double (salario)– data di assunzione– tutti campi privati

Employee.java

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Definizione di una classe EmployeeTest

import java.util.*; public class EmployeeTest {public static void main (String [ ] args) {

Employee[ ] staff = new Employee [ 3 ] ;staff [0]=new Employee (“Gianni”, 30000,

1987, 12, 10); staff [1]=new Employee (“Giorgio”, 35000,

1985, 10, 31); staff [2]=new Employee (“Ugo”, 28000,

2000, 1, 1); for (int i=0; i< staff.length; i++)

System.out.println (“Nome:”+ staff[i].getName() +“ Salario:” + staff[i].getSalary() +“ Assunto:”+ staff[i].getHireDay() );

}

}

• Dichiarazione di array di Employee

• Assegnazione:– uso del costruttore

• Stampa dei dati inseriti– uso di metodi getSalary() e

getHireDay() definiti in maniera simile a getName()

EmployeeTest.java


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Una descrizione in UML

«constructor»+Employee(n: String, s:double, year: int,

month: int, day: int)«misc»+ getName() : String+ getSalary() : double+ getHireDay() : Date+ raiseSalary(perCent double)

- name : String- salary : double- hireDay : Date

Employee

«misc»+ main (String [ ] args)

EmployeeTest

Nome della classe

Variabili delle istanze

Metodi delle istanze

Modificatori di accesso

- = privato+ = pubblico

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Una classe Manager

• Si vuole aggiungere un manager alla gerarchia di classi

• il Manager ha:– un nome

– una data di assunzione

– un salario

– un bonus che gli viene dato al raggiungimento di obiettivi

• A parte bonusrichiede gli stessi campi e metodi di Employee

– possiamo far ereditare tutto da Employee


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La classe Manager

public class Manager extends Employee {public Manager (String n, double s,

int year, int month, int day){ super (n, s, year, month, day);

bonus = 0;}

// ……………………………..…Metodi acc./mod. public double getBonus () { return bonus;}public void setBonus(double b){ bonus = b; }

// …………………………….…Metodo override public double getSalary(){ double bs=super.getSalary();

return bs+bonus;}

// …………………………………Variabili istanza private double bonus;

}

• Il costruttore– richiama il costruttore

della superclasse– assegna il valore del

campo bonus

• Accesso/Modifica– restituisce il bonus– assegna il bonus

• Metodo che fa override– il salario è la somma del

salario da impiegato e il bonus

• Variabile istanza

Manager.java

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Alcune considerazioni sul salario

• Queste soluzioni non funzionano per getSalary()

– salary si riferisce alla variabile di Employee che non risulta accessibile (in quanto private)

– getSalary() si riferisce al metodo della classe Manager (che è lo stesso in cui si trova la chiamata!)

public double getSalary(){ return salary+bonus;}

public double getSalary(){ double bs=getSalary();

return salary+bonus;}


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Definizione di una classe ManagerTest

import java.util.*; public class ManagerTest {public static void main (String [ ] args) {

Manager boss = new Manager(“Bruce”,80000, 1987, 10, 23);

boss.setBonus(5000); Employee[ ] staff = new Employee [ 3 ] ;staff [0]=boss; staff [1]=new Employee (“Giorgio”, 35000,

1985, 10, 31); staff [2]=new Employee (“Ugo”, 28000,

2000, 1, 1); for (int i=0; i< staff.length; i++)

System.out.println (“Nome:”+ staff[i].getName() +“ Salario:” + staff[i].getSalary() +“ Assunto:”+ staff[i].getHireDay() );

}}

• Oggetto boss– si setta il bonus

• Dichiarazione di array di Employee

• Assegnazione:– il primo impiegato è il boss

• Stampa dei dati inseriti– per il boss si chiama il

metodo getSalary() e quindi somma anche il bonus

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Polimorfismo

• La caratteristica che un oggetto può fare riferimento a più tipi reali.

• Qualsiasi oggetto della sottoclasse è anche un oggetto della superclasse

extends

«constructor»+Employee(n: String, s:double, year: int,

month: int, day: int)«misc»+ getName() : String+ getSalary() : double+ getHireDay() : Date

- name : String- salary : double- hireDay : Date

Employee

«constructor»+Manager(n: String, s:double, year: int,

month: int, day: int)«misc»+ getBonus() : double+ setBonus(b:double) : void+ getSalary() : double

- bonus : double

Manageroverride


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Principio di sostituzione

• E’ possibile utilizzare un oggetto della sottoclasse ogni volta che il programma si aspetta un oggetto della superclasse

• Variabili polimorfiche:

• Attenzione: non è possibile il contrario!

Employee e;e = new Employee(…);e = new Manager(…); // Ok, funziona

Employee[ ] staff = new Employee[3];Manager boss = new Manager(…);staff[0] = boss;

Manager m = staff[i]; // NON funziona!

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Binding dinamico (1)

• Passi effettuati quando viene applicata la chiamata di un metodo ad un oggetto:– 1. il compilatore controlla il tipo di oggetto ed il nome del

metodo• conta tutti i possibili metodi candidati (firma di un metodo)

– 2. il compilatore determina i tipi di parametri• risoluzione dell’overloading

– 3. se il metodo è static, private, final o un costruttore, allora il compilatore sa che metodo deve essere chiamato

• binding statico (più efficiente)

altrimenti si usa il binding dinamico a run-time


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Binding dinamico (2)

– 4. la macchina virtuale a run-time, deve chiamare il metodo adatto al tipo reale dei parametri

• se il tipo del parametro è di una classe D, sottoclasse di C,….– si cerca il metodo in D, se non lo si trova si cerca nella superclasse C…

• Per ottimizzare il tempo:– la macchina virtuale precalcola una tabella di metodi

• con tutte le firme ed i corrispondenti metodi da chiamare

• Il binding dinamico permette la estensibilità senza ricompilare il codice

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Disabilitazione della ereditarietà

• E’ possibile evitare che una classe possa essere usata come superclasse di una sottoclasse

– la classe Executive non potrà servire da superclasse

• E’ anche possibile evitare l’overriding di un metodo:

• Motivi:– efficienza (uso del binding statico)

– sicurezza (comportamento fissato e non modificabile)

final class Executive extends Manager {..

public final String getName() {..

}


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Cast (conversione di tipo)

• La conversione di tipo permette di convertire anche un riferimento ad un oggetto di una classe a un’altra.– ripristina la capacità di un oggetto dopo che il suo tipo era

stato temporaneamente “dimenticato”

– non è possibile “mentire”…

Manager boss = new Manager(“Bruce”,80000, 1987, 10, 23);Employee[ ] staff = new Employee [ 3 ] ;staff [0]=boss; staff [1]=new Employee (“Giorgio”, 35000, 1985, 10, 31);….Manager newboss = (Manager) staff[0]; // OK casting

Manager newboss = (Manager) staff[1]; // errore a run-time


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Casting guidato dalla conoscenza della classe• Come si può fare per sapere la classe di un oggetto?

– l’operatore istanceof permette di controllare la appartenenza di un oggetto ad una classe

Manager boss = new Manager(“Bruce”,80000, 1987, 10, 23);Employee[ ] staff = new Employee [ 3 ] ;staff [0]=boss; staff [1]=new Employee (“Giorgio”, 35000, 1985, 10, 31);….for (int i=0; i< staff.length; i++)

if (staff[i] istanceof Manager) Manager newboss = (Manager) staff[i];

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Classi astratte

• Utilizzando la gerarchia di ereditarietà, si possono identificare classi che:– rappresentano una struttura portante per tutte le altre classi

– non risulta mai istanziata ma figura solamente come superclasse nella gerarchia

• Una classe astratta può contenere:– metodi astratti (da implementare a cura delle sottoclassi)

– metodi non astratti

– variabili istanza (non astratte)

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Un esempio di uso di classi astratte

• Nella gerarchia della classe Employee e Manager, potremmo definire Person come una superclasse di Employee

• Da Person potremmo poi derivare Student

• A questo punto la classe Person può essere progettata come astratta

Manager Employee

Person

Student

Classe astratta in corsivo


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Definizione della classe Person

public abstract class Person {

public Person (String n) {name = n;

}

public abstract String getDescription();

public String getName () {return name;

}

private String name;}

• Classe astratta

• Costruttore– metodo concreto

• Metodo astratto– dovrà essere

implementato dalle sottoclassi

• Metodo concreto


Person.java

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Definizione della classe Employee

import java.text.*;public class Employee extends Person {

public Employee (String n, double s) {super (n);salary = s;

}public double getSalary() {

return salary;}

public String getDescription() {NumberFormat formatter =NumberFormat.getCurrencyInstance();

return “Impiegato con salario”+formatter.format(salary);

} private double salary;

}

• Estende Person

• Costruttore– chiama il costruttore di

Person passando il nome

• Un metodo proprio

• Implementazione del metodo astratto di Person

– formattazione in valuta corrente

– restituzione descrizione


Employee.java


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Definizione della classe Student

public class Student extends Person {

public Student (String n, String c) {super (n);corsoLaurea = c;

}public String getCorsoLaurea() {

return corsoLaurea;}

public String getDescription() {return “Studente in ”+ corsoLaurea;

}

private String corsoLaurea;}

• Estende Person

• Costruttore– chiama il costruttore di

Person passando il nome

• Un metodo proprio

• Implementazione del metodo astratto di Person


Student.java

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Definizione della classe PersonTest

public class PersonTest {

public static void main (String[ ] args) {Person[ ] p = new Person [2];p[0]=new Employee (“Pippo”, 50000);p[1]=new Student (“Pluto”,

“Informatica”);

for (int i = 0; i < p.length; i++) System.out.println(p[i].getName()+

”,”+ p[i].getDescription());}

}

• Serve come esempio

• Alloca un array di 2 Person– una è Employee

– l’altra è Student

• Vengono stampati:– chiamando getName()

• metodo ereditato dalla classe Person

– chiamando getDescription()

• metodo astratto di Personimplementato nelle rispettive classi

PersonTest.java


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Il diagramma delle classi in UML dell’esempio

«constructor»+Employee(n: String, s:double)«misc»+ getSalary() : double

- salary : double

Employee

«constructor»+Person(n: String)«misc»+ getName() : String+ getDescription() : String

- name : String

Person

«constructor»+Student(n: String, c: String)«misc»+ getCorsoLaurea() : String

- corsoLaurea : String

Student

Metodi astratti in corsivo

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Accesso protetto alla superclasse

• Metodi e variabili dichiarate private non sono visibili dalle altre classi– compreso le sottoclassi

• Dichiarando protected un campo/metodo si permette l’accesso alle sottoclassi

• Modificatori di accesso in Java– private: visibile solamente dalla classe di appartenenza

– <nessuna keyword>: visibile solo dal package

– protected: visibile solo dal package e dalle sottoclassi

– public: visibile da tutte le classi


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Le interfacce

• Descrivono quello che una classe deve fare senza specificare come deve farlo

• Una interfaccia non è una classe

• E’ una serie di richieste– a cui la classe che si conforma alla interfaccia deve poter

rispondere

• Il concetto di “contratto di un fornitore di servizi”– “Se la tua classe è conforme alle specifiche di una

particolare interfaccia allora io eseguirò il servizio richiesto”


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Un esempio: il metodo sort di Arrays

• Il metodo sort della classe Arrays offre un contratto:– “Se la tua classe è conforme alle specifiche della interface

Comparable allora io eseguirò il servizio di ordinare unarray di oggetti di quella classe”

• La interface Comparable:– un solo metodo

• La chiamata x.compareTo (y)

– prende un Object e restituisce un intero• negativo se x < y, positivo se x > y, 0 se x = y

public interface Comparable {int compareTo (Object other);

}

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La classe Employee

• Facciamo in modo che la classe Employee possa usufruire del servizio offerto da sort di Arrays

• Il contratto:– innanzitutto la classe deve essere conforme alla interface

Comparable

– poi deve implementare il metodo che ha “promesso” di offrire:

class Employee implements Comparable {…

}

class Employee implements Comparable {public int compareTo (Object otherObj) {

Employee other=(Employee) otherObj;if (salary < other.salary) return -1;if (salary > other.salary) return 1;return 0;

}….


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no

51

Le interfacce e il type-check in compilazione

Perché Employee non può offrire direttamente (silenziosamente!) il metodo compareTo()?

• Risposta: Java è fortemente tipizzato– il compilatore deve poter controllare a tempo di

compilazione la correttezza di istruzioni del metodo sort di arrays (cha sta ordinando un array di Object a[ ]) del tipo:

– se il compilatore ha il mezzo di controllare che la classe a cui realmente appartiene a[ ] implementa Comparable può essere sicura che il metodo ci sarà.

if (a[i].compareTo(a[j]) > 0) {…. // metti al posto giusto a[i] e a[j]

}

AS

D: S

iste

mi D

istr

ibui

ti.

Vi.t

tori

o S

cara

no

52

Interface: differenza con la ereditarietà

• Sembrano molto simili alla ereditarietà

• Servono (al linguaggio Java) per implementare la ereditarietà multipla:– in C++ e Smalltalk, una classe può ereditare da più di una

classe (meccanismo comunque poco usato)

– seppur potente come meccanismo, rende complesso la identificazione del metodo da eseguire

– caratteristica eliminata in Java

– possibile usare le interface per cui è possibile la ereditarietà multipla


27

AS

D: S

iste

mi D

istr

ibui

ti.

Vi.t

tori

o S

cara

no

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Perché il Dynamic Dispatchingè efficiente in Java

• Ogni classe:• può avere solo una

superclasse (extends)• ma può implementare

diverse interface• I metodi delle interface

• sono comunque implementati nella classe

• La ricerca avviene in maniera lineare bottom-up

Classe T

Classe S

Classe Q

Classe Z

Interface I4 Interface I3

Interface I2

Interface I1

AS

D: S

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mi D

istr

ibui

ti.

Vi.t

tori

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cara

no

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Proprietà delle interfacce (1)

• Le interfacce non sono classi– è un errore

• E’ possibile però dichiarare una variabile di interfaccia:

– che farà riferimento ad un oggetto di una classe che implementa la interfaccia e quindi è corretto:

• Si può controllare se un oggetto implementa una interfaccia:

x = new Comparable(..); //Errore

Comparable y; // Ok

y = new Employee (…); // Ok

if (z istanceof Comparable) …


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AS

D: S

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ti.

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Proprietà delle interfacce (2)

• Le interfacce:– non contengono variabili di istanza

– non contengono definizioni di metodi

– possono contenere costanti

• Possono essere derivate:– derivare una interfaccia da una altra interfaccia attraverso la

keyword extends

• Una classe può implementare più interfacceclass Employee implements Comparable, Cloneable {….

public interface Powered extends Moveable {…

AS

D: S

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ti.

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Interfacce e callback (1)

• Il meccanismo di callback:– si specifica la azione che deve accadere ogni qualvolta un

evento accade

• Alcuni eventi:• tasto premuto• click del mouse• voce del menù selezionato

• Esempio:– nella classe javax.swing c’è una classe Timer che può

avvisare del trascorrere del tempo• si costruisce il Timer e lo si informa della azione da compiere

quando è trascorso un certo intervallo di tempo


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AS

D: S

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Interfacce e callback (2)

• Come si può informare Timer di cosa fare?– si passa a Timer un oggetto i cui metodi devono essere

chiamati quando c’è qualcosa da fare

• Il contratto offerto da Timer:– “Se la tua classe è conforme alle specifiche della interface

ActionListener di java.awt.event allora io eseguirò il servizio di chiamare il metodo actionPerformed quando il tempo sarà trascorso”

public interface ActionListener {void actionPerformed (ActionEvent event);

}

AS

D: S

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Un esempio di callback: il segnale orario

• Vogliamo un messaggio che “al beep sono le ore..”– seguito da un beep ogni 10 secondi

• Usiamo poi TimePrinter():– settando il tempo a 10000 millisecondi

class TimePrinter implements ActionListener {public void actionPerformed (ActionEvent event) {

Date now = new Date();System.out.println (“al beep sono le ore ”+now);Toolkit.getDefaultToolkit().beep();

}}

ActionListener lis = new TimePrinter ();Timer t = new Timer (10000, lis);…t.start();

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6. Java: Ereditarietà - di-srv.unisa.it · ASD: Sistemi Distribuiti (Prof. Scarano) 24/04/2002 1 Corso di Laurea in Informatica Università degli Studi di Salerno 6. Java: Ereditarietà