Programação por Objectos Java Parte 6: Herança e Polimorfismo LEEC@IST Java – 1/52 Herança – revisão • A herança é um mecanismo em que a subclasse constitui uma especialização da superclasse. A superclasse pode ser vista como generalização das subclasses. • A herança é dita como uma relação “is-a”. • As subclasses herdam os atributos e métodos das superclasses. Os métodos herdados podem ser modificados. Novos atributos e métodos podem ser adicionados às subclasses. LEEC@IST Java – 2/52 Herança – revisão • O polimorfismo ocorre quando há múltipla definição, ou redefinição, de métodos da superclasse nas subclasses, com a mesma assinatura. • Em OO o polimorfismo é normalmente implementado através de ligação dinâmica, i.e., o método a ser executado é determinado apenas em tempo de execução (e não em tempo de compilação). LEEC@IST Java – 3/52 Herança – revisão • Na herança simples cada subclasse tem apenas uma superclasse (directa). • Na herança múltipla uma subclasse pode ter mais do que uma superclasse (directa). LEEC@IST Java – 4/52 Herança (1) • O Java adopta as seguintes estratégias na herança: – Só há herança simples de classes. – Todas as classes são subclasses de Object (explícita ou implicitamente). – A subclasse herda todos os atributos e métodos das superclasses. • Os construtores não são métodos, e por isso não são herdados. – Os atributos private não são visiveis na subclass, os atributos protected e public mantem a mesma visibilidade. • LEEC@IST No caso de atributos e métodos sem qualificador de visibilidade (visibilidade de pacote), a subclasse herda estes atributos e métodos se estiver definida no mesmo pacote que a superclasse, e apenas neste caso. Java – 5/52 Herança (2) – Se a subclasse declarar um método com o mesmo identificador e parâmetros (número e tipo) que uma das superclasses, então a subclasse redefine esse método. – Se a subclasse declarar um atributo com o mesmo identificador que uma das superclasses, então o atributo da subclasse esconde o atributo da superclasse (mas continua a existir!) LEEC@IST Java – 6/52 Herança (3) Sintaxe Qualif* class Ident [ extends IdentC] [ implements IdentI [,IdentI]* ] { [ Atributos | Métodos ]* } • • • • Qualif: qualificador (visibilidade, entre outros) Ident: identificador da classe extends IdentC: especialização de superclasse implements IdentI: realização de interfaces LEEC@IST Java – 7/52 Herança (4) public class ContaPrazo extends Conta { private static float juro=0.05; private long inicio; private int intervalo; public void vencimentoJuros() { long today = System.currentTimeMillis(); if(today==inicio+intervalo) { quantia *= (1+juro); inicio = today; } } } LEEC@IST Java – 8/52 Construtores em subclasses (1) • • • • • É da responsabilidade da subclasse inicializar os atributos definidos na sua classe, assim como os atributos que herda das suas superclasses. O construtor da subclasse pode delegar a inicialização dos atributos herdados para a superclasse, chamando, implicita ou explicitamente, o construtor da superclasse. Um construtor da subclasse pode fazer uma chamada explícita dum construtor da superclasse através do super(). Se o construtor da superclasse tiver N parâmetros, estes devem ser passados na chamada explícita: super(param1,...,paramN). Se existir, a chamada explícita do construtor da superclasse deve ser a primeira instrução no construtor. LEEC@IST Java – 9/52 Construtores em subclasses (2) • Pode se chamar outro construtor da classe usando o this(parametros). • Se nenhum construtor da superclasse é chamado, ou se nenhum construtor da classe é chamado, como primeira instrução do construtor, o construtor sem argumentos da superclasse é implicitamente chamado antes de qualquer instrução no construtor. • Se a superclasse não tiver um construtor sem argumentos, é necessário chamar explicitamente um construtor da superclasse. – Note que um construtor implícito é automaticamente criado se não existir mais nenhum construtor, mas apenas neste caso. LEEC@IST Java – 10/52 Construtores em subclasses (3) public class A { protected int a; A() { a = 5; } A(int var) { a = var; } } Não é necessário chamar explicitamente super() pois super() é implicitamente chamado! LEEC@IST public class DuplicaA extends A { DuplicaA () { a *= 2; } DuplicaA (int var) { super(var); a *= 2; } } Java – 11/52 Construtores em subclasses (4) public class A { protected int número; A(int num) { número=num; } public class B extends A { } protected String nome=“não-definido”; B() { super(-1); } É necessário B(int num) { chamar super(num); explicitamente } super(-1) pois a B(int num, String str) { this(num); superclasse não nome = str; tem construtor } sem argumentos! } LEEC@IST Java – 12/52 Construtores em subclasses (5) • • • Quando um objecto é criado, é afectada memória para todos os seus atributos, incluindo os herdados das superclasses. Os atributos são inicializados com um valor por omissão, dependendo do seu tipo. Após isto a construção tem 3 fases: 1. Chamar o construtor da superclasse (através de uma chamada implícita ou explícita). • • • LEEC@IST Se uma chamada a this(parametros) é encontrada então esta é efectuada e o processo reinicia-se no novo construtor. Se houver uma chamada super(parametros) é encontrada então é chamado o construtor da super classe correspondente. Caso contrário e chamado o constructor por defeito da super class. Este processo é repetido até chegar a object. Java – 13/52 Construtores em subclasses (6) • Nesta fase, qualquer expressão que é passada como argumento ao construtor explícito não deve incluir nem atributos nem métodos do objecto a ser criado. 2. Inicializar os atributos (inicialização na declaração dos mesmos e através de blocos de inicialização). • Nesta fase, referências para outros membros do objecto a ser criado são permitidas, desde que estas já tenham sido declaradas. 3. Chamar o corpo do construtor. LEEC@IST Java – 14/52 Construtores em subclasses (7) • Quando é criado um objecto do tipo B… public class A { protected int a=1; protected int total; A() { total=a; } } public class B extends A { protected int b=2; B () { total+=b; } } 1. Atributos com valores por omissão 2. Construtor de B é chamado 3. Constructor de A é chamado (super()) 4. Construtor Object é chamado 5. Inicialização dos atributos de A 6. Execução do construtor de A 7. Inicialização dos atributos de B 8. Execução do construtor de B LEEC@IST a 0 0 0 0 1 1 1 1 b 0 0 0 0 0 0 2 2 total 0 0 0 0 0 1 1 3 Java – 15/52 Herança e redefinição • Numa classe derivada podem: – ser adicionados novos atributos e métodos à classe. – ser redefinidos métodos na classe. LEEC@IST Java – 16/52 Herança e redefinição • Um método da subclasse é considerado uma redefinição dum método da superclasse se: – Ambos têm o mesmo identificador e parâmetros (número e tipo). – O tipo de retorno é covariante: • • LEEC@IST Se o tipo de retorno é uma referência, então o método redefinido pode declarar como tipo de retorno um subtipo do tipo de retorno do método da superclasse. Se o tipo de retorno é um tipo primitivo, então o tipo de retorno do método redefinido tem que ser idêntico ao tipo de retorno do método da superclasse. Java – 17/52 Herança e redefinição • Um método só pode ser redefinido na subclasse se for visível da superclasse para a subclasse. – Se um método definido na superclasse não é visível na subclasse então não é herdado. – Se um método não é herdado, mesmo que um método com o mesmo identificador, mesmos parâmetros (número e tipo) e retorno covariante seja definido na subclasse, este método não é uma redefinição do método na superclasse. LEEC@IST Java – 18/52 Herança e redefinição • A visibilidade dos métodos redefinidos pode ser diferente da dos métodos da superclasse, mas apenas para dar mais acesso. – Por exemplo, um método declarado na superclasse como protected pode ser redefinido protected ou public, mas não private ou com visibilidade de pacote. LEEC@IST Java – 19/52 Herança e redefinição • Um método de instância não pode ter o mesmo identificador tipo e número de parâmetros que um método estático herdado, e vice-versa, ou seja não podemos passar um método para estático ou não estático. • Um método redefinido pode ser declarado abstracto, mesmo que o método da superclasse não o seja. LEEC@IST Java – 20/52 Herança e redefinição • A propriedade final dos parâmetros dum método duma superclasse, pode ser retirada ou colocada num método redefinido (trata-se apenas um detalhe de implementação). • Um método redefinido pode ser declarado final, mas obviamente o método na superclasse não o poderia ser. LEEC@IST Java – 21/52 Herança e redefinição • A redefinição de métodos que substituem uma sequência de parâmetros por uma tabela é possível, mas é desanconselhável. – Um método de argumento variável, com uma sequência de parâmetros T…, tem a mesma assinatura que um método que converte essa última sequência de parâmetros na tabela T[]. LEEC@IST Java – 22/52 Herança e redefinição • Se um método definido numa subclasse tiver – o mesmo identificador, – mas diferente número ou tipo de parâmetros, que um método (visível) da superclasse então é uma sobreposição. • Se um método definido numa subclasse tiver – o mesmo identificador, – mesmos número e tipo de parâmetros, – mas o retorno não for covariante relativamente a um método (visível) da superclasse então existe um erro de compilação. LEEC@IST Java – 23/52 Herança e redefinição • Um atributo da superclasse que é declarado na subclasse com o mesmo nome (independentemente do tipo) é escondido. – Não há redefinição de atributos, estes são sempre escondidos. – O atributo da superclasse continua a existir, mas deixa de ser possível à subclasse aceder-lhe directamente. – É necessário usar a referência super, ou outra referência para o objecto da superclasse, para aceder ao atributo escondido. LEEC@IST Java – 24/52 Polimorfismo • Numa hierarquia de classes, quando há redefinição de um método a sua implementação é substituída. – Na presença de uma referência para um objecto na hierarquia de classes, a chamada sobre esse objecto ao método redefinido refere-se ao método de que classe? • Quando um método é chamado através de uma referência para um objecto, a classe de instânciação do objecto (não necessariamente a classe de declaração) dita a implementação a ser usada. SuperClasse sub = new SubClasse(); classe de declaração de sub LEEC@IST classe de instanciação de sub Java – 25/52 Polimorfismo • A classe de declaração de um objecto é determinada em tempo de compilação. – O compilador tem acesso a essa informação na própria declaração da referência. Conta conta = new ContaOrdem(); Conta conta; ... //num outro ponto do programa conta = new ContaOrdem(); LEEC@IST Java – 26/52 Polimorfismo • A classe de instânciação de um objecto é determinada apenas em tempo de execução. – A classe de instânciação pode sempre ser de uma classe mais abaixo na hierarquia, relativamente à classe declarada. – A instanciação de um objecto pode ser feita num ponto do programa completamente diferente do ponto onde a declaração foi feita. – Apenas o fluxo do programa dirá qual a classe de instanciação. Conta conta; ... //num outro ponto do programa Conta = new ContaOrdem(); LEEC@IST Java – 27/52 Polimorfismo public class Conta { protected String str = “Conta”; public void imprime() { System.out.println(“ComtaImprime(): “+str); } } public class ContaOrdem extends Conta { protected String str = “ContaOrdem”; public void imprime() { System.out.println(“ContaOrdemImprime(): “+str); } LEEC@IST Java – 28/52 Polimorfismo //... Continuação do slide anterior public static void main(String[] args) { ContaOrdem contaOrdem = new ContaOrdem(); Conta conta = contaOrdem; conta.imprime(); contaOrdem.imprime(); System.out.println(“conta.str = “+conta.str); System.out.println( “contaOrdem.str = ”+contaOrdem.str ); } } No terminal é impresso: Notar que os métodos são redefinidos mas não os atributos LEEC@IST ContaOrdemImprime(): ContaOrdem ContaOrdemImprime(): ContaOrdem conta.str = Conta contaOrdem.str = ContaOrdem Java – 29/52 Polimorfismo • Relativamente ao slide anterior: – A classe de declaração e instanciação de contaOrdem é contaOrdem. • contaOrdem é tipo contaOrdem. • contaOrdem contem um objecto contaOrdem. – A classe de declaração de conta é Conta mas a instanciação de conta é contaOrdem. • conta é tipo conta. • Conta contem um objecto contaOrdem definido em memória. LEEC@IST Java – 30/52 Polimorfismo • Exemplo: – num jogo existem três objectos Nave, Asteróide e Meteoro. Para uma das nove colisões possíveis pretende-se chamar um método diferente, determinado em tempo de compilação: Public abstract Classe ObjectoJogo { abstract colisão(ObjectoJogo outro); } LEEC@IST Java – 31/52 Polimorfismo Public abstract Classe Nave { colisão(ObjectoJogo outro){ outro.colisãoComNave(this);} colisãoComNave(Nave outro){ … } colisãoComAsteroide(Asteroide outro){ … } colisãoComMeteoro(Meteoro outro){ … } } Public abstract Classe Asteroide { colisão(ObjectoJogo outro){ outro.colisãoComAsteroide(this);} colisãoComNave(Nave outro){ … } colisãoComAsteroide(Asteroide outro){ … } colisãoComMeteoro(Meteoro outro){ … } } Public abstract Classe Meteoro { colisão(ObjectoJogo outro){ outro.colisãoComMeteoro(this);} colisãoComNave(Nave outro){ … } colisãoComAsteroide(Asteroide outro){ … } colisãoComMeteoro(Meteoro outro){ … } } LEEC@IST Java – 32/52 Referência super (1) • A referência super está disponível em todos os métodos de instância duma subclasse. • No acesso a atributos e chamada de métodos, a referência super funciona como uma referência vista como uma instância da superclasse. • A chamada super.método usa sempre a implementação do método da superclasse (definido ou herdado). LEEC@IST Java – 33/52 Referência super (2) public class SuperClasse { protected void nome() { System.out.println(“SuperClasse”); } } public class SubClasse extends SuperClasse { protected void nome() { System.out.println(“SubClasse”); } LEEC@IST Java – 34/52 Referência super (3) //... Continuação do slide anterior protected void imprimeNome() { SuperClasse sup = (SuperClasse) this; System.out.print(“this.nome(): ”); this.nome(); System.out.print(“sup.nome(): ”); sup.nome(); System.out.print(“super.nome(): ”); super.nome(); } } No terminal é impresso this.nome(): SubClasse sup.nome(): SubClasse super.nome(): SuperClasse LEEC@IST Java – 35/52 Membros estáticos (1) • Os membros estáticos duma classe, atributos ou métodos, não podem ser redefinidos, são sempre escondidos. • Se uma referência é usada para aceder aos membros estáticos, o membro a aceder é sempre determinado pela classe de declaração da referência. LEEC@IST Java – 36/52 Membros estáticos (2) public class SuperClasse { protected static String str = “SupCStr”; public static void imprime() { System.out.println(“SuperCImprime(): “+str); } } public class SubClasse extends SuperClasse { protected static String str = “SubCStr”; public static void imprime() { System.out.println(“SubCImprime(): “+str); } LEEC@IST Java – 37/52 Membros estáticos (3) //... Continuação do slide anterior public static void main(String[] args) { SubClasse sub = new SubClasse(); SuperClass sup = sub; sup.imprime(); sub.imprime(); System.out.println(“sup.str = ”+sup.str); System.out.println(“sub.str = ”+sub.str; } } No terminal é impresso SupCImprime(): SupCStr SubCImprime(): SubCStr sup.str = SupCStr sub.str = SubCStr LEEC@IST Java – 38/52 Conversão explícita (1) • Um cast é usado para dizer ao compilador que uma expressão deve ser vista como tendo o tipo espeficicado pelo cast. – Upcast: cast de um classe para outra acima na hierarquia de classes (de subclasse para superclasse, não necessariamente directa). – Downcast: cast de uma classe para outra abaixo na hierarquia de classes (de superclasse para subclasse, não necessariamente directa). • Se o objecto não pertencer a classe especificada é gerado um excepção de tempo de execução. • O upcast é também conhecido como cast seguro, porque é sempre válido. No o downcast é verificado em tempo de execução. LEEC@IST Java – 39/52 Conversão explícita (2) • • • No Java, um atributo ou variável local de uma superclasse pode referenciar qualquer das suas subclasses. subclasses No entanto, só podem ser (directamente) chamados os atributos e métodos definidos na superclasse. Ou seja o objecto é tratado como se fosse da superclasse. public class A { void foo() {...} ... } public class B extends A { void b() {...} ... } LEEC@IST public class Armazem { A var[] = new A[2]; void xpto(){ var[0] = new A(); var[0].foo(); var[1] = new B(); var[1].foo(); } } Java – 40/52 Conversão explícita (3) • Relativamente ao exemplo anterior: – Tanto var[0] como var[1] não têm acesso (directo) ao método foo() de B (mesmo tendo sido var[1] instanciado como um objecto de tipo B). – No entanto, var[1] pode aceder ao método b() através dum downcast:((B)var[1]).b(); – Se a subclasse B redefinir o método foo(), qual o código executado na chamada var[1].foo()? • Executa-se sempre o método mais abaixo na hierarquia de classes, portanto a resposta correcta seria foo() de B (ver slide 25). LEEC@IST Java – 41/52 Herança e sobreposição (1) • Uma classe X diz-se compatível (assignment compatible) com uma classe Y se: Z – X=Y, ou – X é uma subclasse de Y (directa ou indirecta) • Uma classe X é mais específica que classe Y Y – X é uma subclasse de Y (directa ou indirecta) X • A compatibilidade também pode ser aplicada a tipos primitivos, usando-se neste caso a ordenação dada na conversão implícita dos mesmos: byte->short->int->long->float->double LEEC@IST Java – 42/52 Herança e sobreposição (2) • Quando um método é chamado e há sobreposição de métodos, de tal forma que o tipo dos parâmetros dos métodos sobrepostos se encontram numa mesma hierarquia, o compilador escolhe o método mais específico (se existir). – A determinação do método a chamar é feita em tempo de compilação, baseada no tipo declarado das referências passadas aos métodos, e no valor dos argumentos. – Este processo determina apenas qual o método a chamar, não qual a implementação. Em tempo de execução, a classe de instanciação do objecto sobre o qual o método é chamado é que vai determinar qual a implementação do método, escolhido em tempo de compilação, que vai ser usada. LEEC@IST Java – 43/52 Herança e sobreposição (3) • Determinação do método mais específico: 1. Determinar a classe sobre a qual procurar pelo método. 2. Determinar todos os métodos dessa classe que possam ser aplicados: a) Métodos com visibilidade correcta. b) Métodos com o mesmo identificador. c) Métodos que possam receber o número de argumentos passados. d) Métodos cujos tipos dos parâmetros sejam compatíveis com os tipos declarados das referências passadas como argumento. LEEC@IST Java – 44/52 Herança e sobreposição (4) 2. (cont.) A compatibilidade dos tipos em 2.d) é feita em 3 fases: i. A compatibilidade é considerada sem tentar nenhuma conversão de embrulho (boxing conversion), e sem considerar a possibilidade de número variável de argumento. ii. Se 1. falhar, a compatibilidade é considerada com a possibilidade de conversão de embrulho (boxing conversion). iii. Se 2. falhar, a compatibilidade é considerada com a possibilidade de número variável de argumentos. LEEC@IST Java – 45/52 Herança e sobreposição (5) São eliminados todos os métodos em todos os argumentos sejam superclasses dos argumentos de outro método. todo Ou seja aqueles em que exista um método com todos os argumentos mais específicos que os de outro método. Exemplo: O Método3 é eliminado porque todos seus argumento são super classes tanto Metodo1 como de Método2. Método2 e Método1 não são eliminados porque alguns dos seus argumentos são superclasses do outro enquanto que outros são subclasses. Nenhum dos métodos é definitivamente o mais especifico que outro e um erro de compilação será gerado. Chamada do método: foo(“123”, “abc”); Método1: Void foo(String a, Object b); Método2: Void foo(object a, String b); Método3: Void foo(Object a, Object b); LEEC@IST Java – 46/52 Herança e sobreposição (6) 4. Determinar o método a chamar: a) Se apenas um método foi escolhido em 3., esse método é o mais específico e é chamado. b) Se foi escolhido mais de um método em 3. temos duas hipóteses: i. Se os métodos têm assinaturas diferentes, a chamada é ambígua e o código que o chama é inválido. ii. Se os métodos têm a mesma assinatura temos três hipóteses: – – – LEEC@IST Se todos os métodos são abstractos, é escolhido um ao acaso. Se apenas um método não é abstracto, é escolhido esse método. De qualquer outra forma a chamada é ambígua e o código que o chama é inválido. Java – 47/52 Herança e sobreposição (7) Sobremesa Bolo BoloChocolate void void void void Scone As seguintes chamadas: • xpto(sobremesaRef, sconeRef); • xpto(boloChocRef, sobremesaRef); • xpto(boloChocRef, sconeAmanteigadoRef); • xpto(boloRef, sconeRef); • xpto(sconeRef, boloRef); resultam na chamada de que forma do método xpto? SconeAmanteigado xpto(Sobremesa d, Scone s) {...} xpto(Bolo c, Sobremesa d) {...} xpto(BoloChocolate cc, Scone s) {...} xpto(Sobremesa... ds) {...} LEEC@IST // // // // 1ª 2ª 3ª 4ª forma forma forma forma Java – 48/52 Herança e sobreposição (8) Sobremesa • Relativamente ao exemplo anterior: Bolo Scone – xpto(dessertRef, sconeRef); resulta na chamada da 1ª forma do método xpto. – xpto(chocolateCakeRef, dessertRef); BoloCh Scone resulta na chamada da 2ª forma do método xpto. ocolat Amant eigad – xpto(chocolateCakeRef, e o butteredSconeRef); resulta na chamada da 3ª forma do método xpto. – xpto(cakeRef, sconeRef); é inválida. – xpto(sconeRef, cakeRef); resulta na chamada da 4ª forma do método xpto. LEEC@IST Java – 49/52 Herança e sobreposição (9) • No exemplo anterior, xpto(boloRef, sconeRef); é uma chamada inválida, contudo: – Com o cast (Sobremesa)boloRef a chamada xpto((Sobremesa)boloRef, sconeRef); resultaria na chamada da 1ª forma de xpto. – Com o cast (Sobremesa)sconeRef a chamada xpto(boloRef, (Sobremesa)sconeRef); resultaria na chamada da 2ª forma de xpto. LEEC@IST Java – 50/52 Herança e sobreposição (10) void void void void void void xpto(byte b) {...} xpto(Short s) {...} xpto(int i) {...} xpto(Long i) {...} xpto(float f) {...} xpto(Double d) {...} // // // // // // 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª forma forma forma forma forma forma As seguintes chamadas: • xpto(byteRef); • xpto(shortRef); • xpto(intRef); • xpto(longRef); • xpto(floatRef); • xpto(doubleRef); resultam na chamada de que forma do método xpto? (cuidado com conversões de boxing e unboxing) LEEC@IST Java – 51/52 Herança e sobreposição (11) • Relativamente ao exemplo anterior: – xpto(byteRef); resulta na chamada da 1ª forma do método xpto. – xpto(shortRef); resulta na chamada da 3ª forma do método xpto. – xpto(intRef); resulta na chamada da 3ª forma do método xpto. – xpto(longRef); resulta na chamada da 5ª forma do método xpto. – xpto(floatRef); resulta na chamada da 5ª forma do método xpto. – xpto(doubleRef); resulta na chamada da 6ª forma do método xpto. LEEC@IST Java – 52/52