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Classi ed Oggetti in JAVA Dott. Ing. Leonardo Rigutini Dipartimento Ingegneria dellInformazione Università di Siena Via Roma 56 – 53100 – SIENA

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1 Classi ed Oggetti in JAVA Dott. Ing. Leonardo Rigutini Dipartimento Ingegneria dellInformazione Università di Siena Via Roma 56 – – SIENA

2 Outlines Classi ed Oggetti: Differenza Interfaccia Variabili oggetto e riferimento agli oggetti Definire una classe La dichiarazione class Visibilità public e private Variabili membro le costanti : final Metodi i parametri espliciti ed il parametro this costruttore ed overloading: default, copia, parametri di costruzione Membri static Metodi static Variabili e costanti static Costruttori private

3 Classi ed Oggetti

4 Oggetti Come detto la gran parte dei programmi non è costituita solo da numeri o stringhe ma da dati molto più complessi con proprietà e funzioni proprie: questi dati sono rappresentati dagli oggetti Un oggetto è una entità che il programmatore può manipolare allinterno del programma mediante linvocazione di metodi : Quando è invocato un metodo di un oggetto, vengono svolte allinterno delloggetto una serie di attività con lo scopo di realizzare la funzione per cui il metodo è stato implementato

5 Classi di Oggetti Ogni oggetto è definito dal programmatore in fase di programmazione definendo la sua classe di appartenenza. Se per esempio si sta programmando un gioco come il 7 e mezzo, si può immaginare di individuare le seguenti classi di oggetti: Carta Mazzo Mazziere Giocatore Tavolo Per ogni classe sarà necessario definire un set di variabili (ceh ne definiscono lo stato) e un insieme di metodi per modificare o far interagire gli oggetti tra di loro.

6 Classi di Oggetti Una volta definite le classi, le loro variabili ed i metodi, si può costruire l'applicazione creando un insieme di oggetti (dipendente dal problema in esame) e facendoli interagire tra di loro attraverso i metodi che ognuno di loro ha, in quanto elemento della classe specificata in precedenza. Per esempio: Nel gioco del 7 e mezzo, si possono prevedere un numero variabile n di giocatori. Questo significa che saranno istanziati n oggetti di tipo Giocatore. Ogni giocatore ha un nome, un punteggio e un insieme di Carte e questi valori sono memorizzati in altrettante variabili definite nella classe Giocatore (e quindi presente in ogni oggetto giocatore istanziato). Ogni istanza però ha un suo insieme di variabili che contengono valori diversi (nomi diversi, carte diverse ecc...)

7 Classi ed oggetti Che differenza cè tra classe ed oggetto ? La classe è la descrizione astratta di un tipo di dato: Specifica cioè i metodi e le variabili che quel tipo di dato possiede Loggetto è una istanza della classe: Quando istanziamo una variabile definendola di una certa classe, noi creiamo un oggetto di quella classe rappresentato dal nome della variabile che abbiamo istanziato

8 Esempio Giocatore Il giocatore di 7 e mezzo Giocatore Nome Cognome Carte Iniziali Carte Richieste

9 Esempio Giocatore Per istanziare un oggetto di tipo Giocatore, è necessario un processo detto di costruzione Giocatore G=new Giocatore(); La variabile G punta all'oggetto Giocatore creato in memoria. G è chiamata variabile oggetto e permette di accedere all'oggetto Giocatore referenziato da essa Giocatore nome Cognome Carte Iniziali Carte Richieste G

10 Esempio Giocatore L'oggetto giocatore creato come in precedenza, ha i valori interni NULLI, ovvero nessun nome e cognome, nessun insieme di carte ecc... E' possibile creare oggetti specificando i valori iniziali delle proprietà di ogni oggetto fornendole al processo di costruzione: Giocatore G=new Giocatore(Leonardo,Rigutini); Giocatore nome Cognome Carte Iniziali Carte Richieste Leonardo Rigutini G

11 static public int main(String[] args) { Giocatore G=new Giocatore(Leonardo,Rigutini); System.out.println(G.nome+ +G.cognome); } Esempio Giocatore Come si può utilizzare un oggetto Giocatore? Per ora si può fare ben poco, l'unica cosa possiamo scrivere una applicazione che crea un giocatore e ne stampa a video il nome e cognome: Con l'operatore. si accede alle proprietà dell'oggetto: Con G.nome si vuole accedendo alla proprietà nome dell'oggetto G

12 Variabili oggetto Normalmente con un oggetto dovremmo fare di più che semplicemente crearlo, stamparlo e scordarselo Per tenere traccia di un oggetto, è necessario associare loggetto ad una variabile oggetto: Giocatore G: Come si vede la dichiarazione di una variabile oggetto è costituita da due parti: classe nome_della_variabile;

13 Giocatore G=new Giocatore(Leonardo,Rigutini); Giocatore G; G=new Giocatore(Leonardo,Rigutini); Variabili oggetto Per creare un oggetto ed associarlo ad una variabile 1) Fase dichiarativa separata dalla fase istanziatrice: 2) Fase dichiarativa ed istanziatrice insieme:

14 Giocatore G;.... System.println(G.nome); Variabili oggetto non inizializzate Nel primo caso la variabile G è dichiarata di tipo Giocatore ma non è inizializzata. Lo sarà dopo una serie di altre istruzioni. cosa accade se si utilizza una variabile non inizializzata? Il compilatore si accorge di questo fatto e segnala un errore: Giocatore: Variable G might not have been initialized at line....

15 Riferimenti agli oggetti E fondamentale sapere che la variabile oggetto (G) non contiene loggetto, ma un riferimento ad esso: G si riferisce alloggetto Giocatore creato con loperazione new Quindi se creiamo unaltra variabile di tipo Giocatore G1 e copiamo G in G1, non abbiamo due oggetti distinti, ma due riferimenti distinti allo stesso oggetto Giocatore G1=G; Ogni operazione fatta su G1, influirà anche sulloggetto G: G.nome equivale a G1.nome e viceversa

16 Riferimenti agli oggetti Giocatore Nome Cog Carte Iniz. Carte rich. Leonardo Rigutini G G1

17 Definire una classe

18 Classi Come detto, con il termine di classe si intende la descrizione astratta di una classe di oggetti: Le variabili e le funzioni membro specificate nella classe sono quelle che poi potranno essere invocate utilizzando loggetto Ma come si definisce una classe? Ogni linguaggio di programmazione fornisce i suoi costrutti per definire una classe. Nel JAVA si usa la parola riservata class : class prova { variabili membro costruttori funzioni membro }

19 Classi Una classe deve poter essere utilizzata in qualunque parte del progetto, ovvero deve essere public (pubblica): Nella dichiarazione della classe la parole public o private specificano il campo di visibilità della classe una classe public è visibile ed utilizzabile da tutti una classe private è invece utilizzabile solamente allinterno del file in cui è definita. Molte volte infatti in uno stesso file possono essere definite più di una classe, limportante è che se si vuole rendere utilizzabile una di esse deve essere public ed avere il nome del file public class prova { variabili membro costruttori funzioni membro }

20 Definire una classe Quando progettiamo una classe, noi decidiamo quali metodi e quali variabili essa contiene: Le variabili e le funzioni definite in una classe saranno poi utilizzate dallesterno della classe dal programmatore (con le debite limitazioni) Questo modo di pensare al design di una classe come ad un processo di creazione di elementi visibili dal programmatore, ci porta a vedere le variabili e i metodi di una classe come una interfaccia della classe: Cioè possiamo pensare alloggetto come ad una scatola nera di cui noi vediamo solamente linterfaccia Inoltre possiamo anche non interessarci a come tale interfaccia è stata implementata

21 Progettare linterfaccia Quindi per definire una classe è opportuno prima pensare allinterfaccia della classe, cioè a cosa quella classe deve mostrare al mondo esterno: Giocatore nome, cognome, ecc E possibile definire dei metodi e delle variabili di una classe non visibili allesterno e quindi utilizzabili solamente dallinterno della classe: Tali elementi non faranno parte dellinterfaccia della classe ma serviranno alla classe stessa per realizzare operazioni interne

22 Membri public e private Quando progettiamo una classe è necessario individuare ciò che sarà possibile utilizzare e cosa invece è solamente necessario al corretto funzionamento della classe: Nel secondo caso, diventa pericoloso permettere che altre classi possano modificare variabili o utilizzare funzioni pensate per lavorare sullo stato interno della classe stessa Esistono perciò due tipi di elementi membro di una classe: public, la cui visibilità è totale: le variabili così sono leggibili e modificabili e le funzioni sono invocabili da chiunque; private, la cui visibilità è ristretta alla classe proprietaria. T

23 Membri public e private Una volta dichiarati i membri di una classe, è possibile accedere ad essi utilizzando il carattere.: [Nome_Oggetto].[Nome_Membro] Ovviamente cercare di accedere ad un membro private da fuori della classe, il compilatore ritorna errore

24 Variabili membro

25 Una volta aperta la definizione di una classe, è possibile dichiarare le variabili membro della classe Tale dichiarazione avviene con una semplice istruzione di dichiarazione di variabile: In tale forma le variabili non sono inizializzate e sarà necessario farlo o nel costruttore oppure nel codice di qualche metodo, comunque prima che vengano utilizzate Dichiarare le variabili della classe public class prova { public int a; private double b; Car auto; … }

26 Dichiarare le variabili membro della classe E possibile però utilizzare la forma di dichiarazione delle variabili con inizializzazione immediata: Tale inizializzazione ha il risultato di inizializzare le variabili ai valori prescelti a tempo di costruzione, ossia come se tale inizializzazione fosse fatta nel costruttore public class prova { public int x=3; private double b=2.3; … }

27 Costanti Normalmente è utile definire allinterno di una classe delle costanti: Es. n° di desideri esprimibili con la classe lampada di Aladino, numero di porte della classe Car, ecc… Una costante viene definita aggiungendo la parola riservata final alla dichiarazione della variabile: Il valore di una variabile definita come final non può più essere modificato final int nDesideri=3; final int nPorte=4;

28 Costanti Ovviamente, essendo una dichiarazione di costante, la dichiarazione richiede linizializzazione della variabile Normalmente si utilizzano nomi tutti scritti in maiuscolo per le costanti: final int NDESIDERI=3; final int NPORTE=4; Le costanti possono essere definite private o public : Laccesso alle costanti è eseguito tramite il punto come un normale accesso alle variabili membro

29 Costanti Dichiarazione: private final int NPORTE=4; public final int NPORTE=4; Accesso alla variabile: final Car auto= new Car(); int y=auto.NPORTE; auto = new Car(); Visibile solamente alla classe di appartenenza Visibile da tutte le classi y memorizza il valore di NPORTE delloggetto auto di tipo Car solo se NPORTE è dichiarato public nella classe Car Non ammessa Riferimento costante, loggetto è modificabile

30 Metodi

31 Dichiarare i metodi di una classe Oltre alle variabili membro, è possibile specificare funzioni membro per una classe La dichiarazione di una funzione membro è del tutto simile ad una dichiarazione di funzione normale: public/private [tipo_di_dato_restituito] [nome_funzione]([lista_parametri]) Il JAVA prevede di implementare la classe in fase di dichiarazione quindi alla sintassi qui sopra seguirà immediatamente il blocco di implementazione: public/private [tipo_di_dato_restituito] [nome_funzione]([lista_parametri]) { Lista istruzioni; }

32 Es. public class Rectangle { /** Variabili membro : coordinate del vertice alto a sx*/ private int x; private int y; /** * Funzione membro : sposta il rect di dx e dy dx dy */ public void translate(int x, int y) { this.x=this.x+x; this.y=this.y+y; }

33 Parametri I metodi di una classe sono semplicemente normali funzioni assegnate ad una classe. Come tali, i metodi utilizzano i parametri per comunicare con lesterno Il JAVA non prevede la possibilità di dichiarare valori di default per i parametri Inoltre, dato che ogni variabile oggetto contiene i riferimenti alloggetto piuttosto che loggetto stesso, il passaggio dei parametri sebbene in realtà sia per copia, realizza un passaggio per riferimento: infatti quello che viene copiato è il riferimento alloggetto

34 Parametri I parametri sono variabili locali alla funzione e spariscono una volta terminata lesecuzione del metodo Allinterno della funzione è possibile comunque modificare il contenuto delle variabili parametro, ricordando sempre che stiamo modificando un riferimento ad un oggetto

35 Variabili locali Allinterno di un metodo è possibile definire ed utilizzare nuove variabili: Queste variabili hanno scope locale alla funzione e spariscono una volta terminata la chiamata al metodo Il JAVA permette di dichiarare variabili locali con lo stesso nome delle variabili membro della classe: In questo caso le variabili membro della classe sono messe in ombra dalle nuove variabili, nel senso che ogni accesso è riferito alla variabile locale. Laccesso alla variabile membro invece che alla variabile locale viene risolto tramite luso del parametro implicito this

36 Parametro implicito this Dallinterno di un metodo è possibile accedere implicitamente alle variabili e metodi della classe di cui fa parte la funzione stessa. Nel caso però che una variabile locale copra una variabile globale della classe, è necessario poter distinguere La risoluzione in questo caso viene fatta utilizzando il parametro implicito this In ogni funzione oltre ai parametri passati tramite prototipo, esiste sempre una variabile che fa riferimento alla classe stessa Utilizzando tale parametro è possibile disambiguare una variabile locale con lo stesso nome di una globale

37 Overloading Normalmente capita di dover dichiarare più funzioni con lo stesso nome e con la stessa funzionalità che differiscono solamente dal numero o dal tipo dei parametri in ingresso In questi casi si parla di overloading, cioè sovraccarico del metodo Il metodo giusto infatti viene risolto dal compilatore (a tempo di compilazione quindi) nel caso sia possibile farlo linking statico dalla JVM (a tempo di escuzione) nel caso non sia possibile stabilire in compilazione il tipo di oggetto (vedremo più avanti nei casi di interfaccia ed ereditarietà) linking dinamico

38 Costruttore

39 Quando un oggetto è istanziato, si dice che viene costruito Il processo di costruzione avviene nel seguente modo: Il compilatore quando trova la parola riservata new invoca automaticamente un metodo particolare delloggetto, il costruttore Tale metodo è definito secondo alcune regole ben precise: è un membro public ha lo stesso nome della classe non restituisce alcun valore (void)

40 Es. public class Rectangle { /** Variabili membro : posizione vetice alto a sx */ private int x; private int y; /** Costruttore : inizializza il rect in (x,y)=(0,0) **/ public Rectangle() { } /** * Funzione membro : sposta il rect dx e dy dx dy */ public void translate( int dx, int dy) { x=x+dx; y=y+dy; }

41 Costruttore con parametri Quando costruiamo un oggetto possiamo aver bisogno di passare dei parametri per la costruzione (parametri di costruzioni visti in precedenza): in questo caso nella definizione del costruttore è necessario specificare la lista di parametri

42 Es. public class Rectangle { /** Variabili membro : coordinate del vertice in alto a sx */ private int x; private int y; /** Costruttore : inizializza il rect in (0,0) **/ public Rectangle() { x=0; y=0; } /** Costruttore con parametri: inizalizza il rect in (x,y) */ public Rectangle(int x,int y) { this.x=x; this.y=y; }

43 Costruttore di default Nel caso non venga esplicitamente fornito dal programmatore, il compilatore utilizza un costruttore di default Il costruttore infatti deve esistere comunque in una classe a prescindere della esplicita volontà del progettista Il costruttore di default non ha alcun parametro di costruzione: Eventuali variabili nelloggetto non inizializzate, rimangono tali fino ad una necessaria inizializzazione esplicita successiva NB: se viene definito anche un solo costruttore, allora il costruttore di default non viene costruito.

44 Costruttore di copia Molte volte può essere necessario creare un oggetto copia di un altro oggetto della stessa classe. Questo implica definire un costruttore che inizializza loggetto copiando lo stato delloggetto passato come parametro costruttore di copia

45 Es. public class Rectangle { /** Variabili membro : coordinate del vertice in alto a sx */ private int x; private int y; /** Costruttore : inizializza il rect in a (0,0) **/ public void Rectangle() { x=0; y=0; } /** Costruttore con parametri: inizalizza il Rect in (x,y) */ public void Rectangle(int x, int y) { this.x=x; this.y=y; } /** Costruttore di copia: inizalizza il Rect * copiando il valore delloggetto B */ public void Rectangle(Rectangle R1) { x=R1.x; y=R1.y; }

46 Costruttore di copia Interessante far notare come il costruttore di copia permette di effettuare il passaggio per valore di un oggetto ad una variabile: Se infatti creiamo un oggetto di tipo Rectangle R1 inizializzato in un certo modo e definiamo una variabile R2 anchessa di tipo Rectangle che prende R1, ogni operazione su R2 si riflette su R1 (e viceversa) Rectangle R1= new Rectangle(5,10,20,30); Rectangle R2=R1; R2.translate(15,25); Se però inizializziamo R2 con il costruttore di copia con R1 come parametro di costruzione otteniamo per R2 un oggetto differente ed ogni operazione su di esso non si riflette su R1 (e viceversa) Rectangle R1= new Rectangle(5,10,20,30); Rectangle R2= new Rectangle(R1); R2.translate(15,25);

47 Costruttore di copia public class Tassista { /** Variabili membro : auto */ private Car x; /** Costruttore : inizializza il tassista **/ public void Tassista() { x=new Car(); } /** Costruttore con parametri: assegna la macchina al Tassista */ public void Tassista(Car x) { this.x=x; } /** Costruttore di copia: inizializza il tassista*/ public void Tassista (Tassista T1) { x=R1.x; }

48 Costruttore di copia Attenzione: anche nel costruttore di copia, se copiamo oggetti invece che tipi di dato primitivi, avremo due oggetti distinti cha hanno come variabile membro uno stesso oggetto tassista x Car tassista x T2 T1

49 Overloading Quando forniamo più costruttori ad una classe si parla di overloading (sovraccarico) del costruttore: Il costruttore di default è quindi sempre sovraccaricato non appena viene fornito un costruttore

50 Nuova istanza NB. I costruttori non sono normali funzioni membro della classe e non possono essere invocati esplicitamente su un oggetto esistente: Se vogliamo associare una nuova istanza ad una variabile oggetto è necessario riutilizzare loperatore new : Car A = new Car(); … A = new Car(); Car A = new Car(); … A.Car(); Errore La variabile oggetto cambia il suo contenuto, ossia lindirizzo di memoria riferito. In questo caso loggetto precedente non è più riferibile (a meno che non esistano altri riferimenti attivi!)

51 Esempio Progettiamo una classe BankAccount: public class BankAccount { variabili; costruttori; metodi; } Innanzitutto individuiamo linterfaccia della classe: Deposito denaro Prelievo denaro Saldo Per ora fermiamoci qui

52 Esempio La classe BankAccount necessita di una variabile membro che memorizzi lo stato del conto corrente. Supponiamo di avere un conto bancario senza tassi di interesse, date di invio resoconti ecc … e di avere bisogno quindi solamente della cifra nel conto: public class BankAccount { private double balance; costruttori; metodi; } NB. La variabile membro è stata dichiarata private. Questa informazione infatti è privata della classe ed ogni accesso ad essa è permesso solamente tramite le funzioni esportate

53 Esempio Creiamo il costruttore per la classe BankAccount: In costruzione, lunica operazione richiesta è quella di inizializzare la variabile membro balance a 0. Tale operazione non richiede alcun parametro di costruzione. public class BankAccount { /** * Contenuto del conto */ private double balance; /** * Costruttore senza parametri */ public BankAccount() { balance=0; } metodi; }

54 Esempio Potrebbe essere necessario aprire un conto inserendo direttamente allapertura un po di denaro: questa affermazione si traduce con un costruttore con un parametro di costruzione. /** * Costruttore 2 initBalance il saldo iniziale */ public BankAccount(double initBalance) { balance= initBalance; }

55 Esempio Infine implementiamo le tre funzioni individuate come interfaccia per la class BankAccount Deposito: /** * Versa denaro nel conto amount importo da versare */ public void deposit(double amount) { balance= balance+amount; }

56 Esempio Prelievo: /** * Ritira denaro dal conto amount importo da versare */ public void withdraw(double amount) { balance= balance-amount; }

57 Esempio Saldo: /** * Ritorna il saldo del conto saldo attuale */ public double getBalance() { return balance; }

58 Esempio Per testare la nostra prima classe creiamo una classe di test: testBankAccount public class testBankAccount { public static void main(String[] args) { BankAccount LChecking = new BankAccount(); LChecking.deposit(2000); LChecking. withdraw(500); System.out.println(LChecking.getBalance()); }

59 Metodi static

60 Ogni volta che definiamo la funzione main, notiamo la presenza nella dichiarazione della parola static, ma cosa vuol dire? Può essere necessario definire delle funzioni membro che possano essere chiamate senza che loggetto sia istanziato: Se voglio calcolare il logaritmo di un numero, è preferibile non dover istanziare ogni volta un oggetto di tipo logaritmo e poi chiamare la funzione calcola(double x) Le funzioni static sono funzioni che possono essere invocate senza che loggetto sia istanziato, facendo riferimento solamente alla classe che le definisce: Es. double r=Matematica.log(double x);

61 Metodi static La funzione main, per definizione deve poter essere invocata quando ancora loggetto non esiste, altrimenti loggetto dovrebbe essere istanziato nel corpo di una qualche altra funzione main, che però affinchè sia eseguibile dovrebbe essere invocata senza dover a sua volta istanziare loggetto altrimenti si andrebbe avanti allinfinito: Ecco perché la funzione main è sempre una funzione static Da notare che una funzione static non può accedere a variabili o funzioni non static della classe, poiché al momento della sua esecuzione loggetto non è istanziato e le variabili o funzioni non static non esistono

62 Metodi static Le funzioni static realizzano quelle che nella programmazione procedurale erano le funzioni (o procedure) globali, invocabili in qualunque parte del programma senza essere legate ad alcun oggetto Vedremo più avanti cosa significa static per una variabile membro

63 Esempio Come esempio di metodo static proviamo a creare la classe matematica: public class matematica { // calcola il fattoriale di n static public int fatt(int n) { if (n==0) return 1; else return n * matematica.fatt(n-1); } // calcola la somma dei primi n numeri interi static public int sum(int n) { return (n*(n+1))/2; }

64 Esempio Creiamo una classe di test per matematica: mateTest public class mateTest { // test per le funzioni static sum e fatt public static void main(String[] args) { int x=5; System.out.println(matematica.sum(5)); System.out.println(matematica.fatt(5)); }

65 Variabili static

66 Definire una variabile static significa fare in modo che listanza di tale variabile sia condivisa tra tutte le istanze degli oggetti di quella classe Il che vuol dire che la prima creazione di un oggetto di quel tipo crea la variabile in questione; tutte le successive istanze di nuovi oggetti di quel tipo, non inizializzano quella variabile membro ma faranno riferimento alla variabile membro delloggetto creato per primo Le variabili membro static realizzano in un certo modo le variabili definite globali nei linguaggi procedurali: Un uso comune è utilizzare variabili membro static per realizzare contatori di istanze di una classe

67 Inizializzazione di variabili static Le variabili static non possono però essere inizializzate allinterno del costruttore: Questo perché altrimenti verrebbero comunque modificate e reinizializzate alla costruzione di ogni oggetto E necessario quindi inserire linizializzazione direttamente nella definizione della variabile nella classe: static int count=0; Un modo poco utilizzato è quello di inserire un blocco di inizializzazione di tipo static: private static int counter; static { counter=0; }

68 Costanti statiche Le costanti, viste come variabili particolari, possono essere anchesse dichiarate static Questo significa che la della costante esiste solamente una istanza per tutti gli oggetti della classe Es. static private final int NPORTE=4; static public final int NPORTE=4; Visibile solamente alla classe di appartenenza. La costante è condivisa tra tutti gli oggetti della classe Visibile da tutte le classi. La costante è condivisa tra tutti gli oggetti della classe

69 Costruttori privati Avevamo detto che i costruttori devono essere dichiarati public altrimenti non sono utilizzabili. In realtà possono anche essere dichiarati costruttori privati che possono quindi essere invocati solamente dalloggetto stesso: Così sembra una contraddizione dato che per invocare il costruttore è necessario avere loggetto ma per avere loggetto è necessario poter invocare il costruttore In realtà tale situazione viene risolta utilizzando un metodo static che ritorna un oggetto dello stesso tipo (quindi come se fosse invocato un costruttore pubblico) ma creato in una funzione membro delloggetto (utilizzando quindi il costruttore privato): Questa situazione permette per esempio di limitare il numero di oggetti di quella classe che possono essere costruiti, utilizzando un contatore ed incrementando questultimo di uno alla creazione di un oggetto (costruzione controllata)


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