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1 Le gerarchie di tipi. 2 Supertipi e sottotipi 4 un supertipo –class –interface 4 può avere più sottotipi –un sottotipo extends il supertipo ( class.

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1 1 Le gerarchie di tipi

2 2 Supertipi e sottotipi 4 un supertipo –class –interface 4 può avere più sottotipi –un sottotipo extends il supertipo ( class ) un solo supertipo (ereditarietà singola) –un sottotipo implements il supertipo ( interface ) più supertipi interface 4 la gerarchia può avere un numero arbitrario di livelli

3 3 Come si può utilizzare una gerarchia di tipi 4 implementazioni multiple di un tipo –i sottotipi non aggiungono alcun comportamento nuovo –la classe che implementa il sottotipo implementa esattamente il comportamento definito dal supertipo 4 il sottotipo estende il comportamento del suo supertipo fornendo nuovi metodi o nuove caratteristiche 4 Questa forma di astrazione essenziale per lo sviluppo incrementale del codice e per il riutilizzo del codice 4 dal punto di vista semantico, supertipo e sottotipo sono legati dal principio di sostituzione

4 4 Principio di sostituzione 4 un oggetto del sottotipo può essere sostituito ad un oggetto del supertipo senza influire sul comportamento dei programmi che lo utilizzano 4 i sottotipi supportano il comportamento del supertipo –per esempio, un programma scritto in termini del tipo Persona deve lavorare correttamente su oggetti del sottotipo Studente 4 per questo, il sottotipo deve soddisfare le specifiche del supertipo (cosa vuol dire?)

5 5 Sommario 4 Specifica del supertipo e del sottotipo 4 Implementazione 4 Relazione tra le specifiche del sottotipo e supertipo (principio di sostituzione)

6 6 Definizione di una gerarchia di tipi: specifica 4 specifica del tipo superiore della gerarchia –come quelle che già conosciamo –lunica differenza è che può essere parziale per esempio, possono mancare i costruttori 4 Puo essere una interfaccia o una classe astratta

7 7 Definizione di una gerarchia di tipi: specifica 4 specifica di un sottotipo –la specifica di un sottotipo è data relativamente a quella dei suoi supertipi –non si ridanno quelle parti delle specifiche del supertipo che non cambiano –vanno specificati i costruttori del sottotipo i metodi nuovi forniti dal sottotipo i metodi del supertipo che il sottotipo ridefinisce –come vedremo sono ammesse modifiche (anche se molto limitate)Snelle loro pre-post condizioni

8 8 Definizione di una gerarchia di tipi: implementazione 4 implementazione del supertipo –puo essere implementato completamente (classe) –può non essere implementato affatto (interfaccia) –può avere implementazioni parziali (classe astratta) alcuni metodi sono implementati, altri no Una caratteristica fondamentale della implementazione: se permette a potenziali sottotipi l accesso a variabili o metodi di istanza che un normale utente del supertipo non può vedere (vedi luso del modificatore protected)

9 9 Definizione di una gerarchia di tipi: implementazione 4 i sottotipi sono implementati come estensioni dellimplementazione del supertipo, come prima –la rep degli oggetti del sottotipo contiene anche le variabili di istanza definite nellimplementazione del supertipo (quelle ereditate) –alcuni metodi possono essere ereditati –di altri il sottotipo può definire una nuova implementazione (overridding)

10 10 Interfacce e Classi 4 i supertipi sono definiti da –classi –interfacce 4 le classi possono essere –astratte forniscono unimplementazione parziale del tipo –non hanno oggetti –il codice esterno non può chiamare i loro costruttori –possono avere metodi astratti la cui implementazione è lasciata a qualche sottoclasse –concrete forniscono unimplementazione piena del tipo 4 le classi astratte e concrete possono contenere metodi finali –non possono essere reimplementati da sottoclassi

11 11 Gerarchie di tipi in Java: supertipi 2 4 le interfacce definiscono solo il tipo (specifica) e non implementano nulla –contengono solo (le specifiche di) metodi pubblici non statici astratti –il codice esterno non può creare oggetti (non ci sono costruttori)

12 12 Gerarchie di tipi in Java: sottotipi 1 4 una sottoclasse dichiara la superclasse che estende (e/o le interfacce che implementa) –ha tutti i metodi della superclasse con gli stessi nomi e segnature –può implementare i metodi astratti e reimplementare i metodi normali (purché non final ) –qualunque metodo sovrascritto deve avere segnatura identica a quella della superclasse ma i metodi della sottoclasse possono sollevare meno eccezioni 4 la rappresentazione di un oggetto di una sottoclasse consiste delle variabili di istanza proprie e di quelle dichiarate per la superclasse –quelle della superclasse non possono essere accedute direttamente se sono (come dovrebbero essere) dichiarate private ogni classe che non estenda esplicitamente unaltra classe estende implicitamente Object

13 13 Modificatore protected 4 la superclasse può lasciare parti della sua implementazione accessibili alle sottoclassi –dichiarando metodi e variabili protected implementazioni delle sottoclassi piú efficienti si perde lastrazione completa, che dovrebbe consentire di reimplementare la superclasse senza influenzare limplementazione delle sottoclassi 4 meglio lasciare la rappresentazione della superclasse private ed interagirvi solo attraverso le loro interfacce pubbliche (tramite i metodi pubblici)

14 14 Un esempio di gerarchia con supertipo classe concreta in cima alla gerarchia cè una variante di IntSet –la solita, con in più il metodo subset –la classe non è astratta –fornisce un insieme di metodi che le sottoclassi possono ereditare, estendere o sovrascrivere

15 15 Specifica del supertipo public class IntSet { // OVERVIEW: un IntSet è un insieme modificabile di interi di // dimensione qualunque public IntSet () // EFFECTS: inizializza this a vuoto public void insert (int x) // MODIFIES: this // EFFECTS: aggiunge x a this public void remove (int x) // MODIFIES: this // EFFECTS: toglie x da this public boolean isIn (int x) // EFFECTS: se x appartiene a this ritorna true, altrimenti false public int size () // EFFECTS: ritorna la cardinalità di this public Iterator elements () // EFFECTS: ritorna un generatore che produrrà tutti gli elementi di // this (come Integers) ciascuno una sola volta, in ordine arbitrario // REQUIRES: this non deve essere modificato finché il generatore è in // uso public boolean subset (Intset s) // EFFECTS: se s è un sottoinsieme di this ritorna true, altrimenti // false }

16 16 Implementazione del supertipo public class IntSet { // OVERVIEW: un IntSet è un insieme modificabile di interi di // dimensione qualunque private Vector els; // la rappresentazione public IntSet () {els = new Vector();} // EFFECTS: inizializza this a vuoto private int getIndex (Integer x) {... } // EFFECTS: se x occorre in this ritorna la posizione in cui si // trova, altrimenti -1 public boolean isIn (int x) // EFFECTS: se x appartiene a this ritorna true, altrimenti false {return getIndex(new Integer(x)) >= 0; } public boolean subset (Intset s) // EFFECTS: se s è un sottoinsieme di this ritorna true, altrimenti // false {if (s == null) return false; for (int i = 0; i < els.size(); i++) if (!s.isIn(((Integer) els.get(i)).intValue())) return false; return true; } }

17 17 Nota 4 La rappresentazione (Vettore els) e privata 4 I sottotipi la ereditano ma non possono direttamente accedere 4 Non e un problema perche ce un metodo iteratore 4 La scelta di rendere visibile o meno la rappresentazione ai sottotipi (che verranno eventualmente progettati in seguito per estendere il tipo) dipende dai metodi pubblici forniti

18 18 Un sottotipo: MaxIntSet si comporta come IntSet –ma ha un metodo nuovo max che ritorna lelemento massimo nellinsieme –la specifica di Max IntSet definisce solo quello che cè di nuovo il costruttore il metodo max –tutto il resto della specifica viene ereditato da IntSet

19 19 Specifica del sottotipo public class MaxIntSet extends IntSet { // OVERVIEW: un MaxIntSet è un sottotipo di IntSet che lo estende con // il metodo max public MaxIntSet () // EFFECTS: inizializza this al MaxIntSet vuoto public int max () throws EmptyException // EFFECTS: se this è vuoto solleva EmptyException, altrimenti // ritorna lelemento massimo in this }

20 20 Implementazione di MaxIntSet La rappresentazione di IntSet e private 4 Non e possibile accedere dalla sottoclasse al vettore els 4 Lunico modo per calcolare il massimo e tramite il generatore

21 21 public class MaxIntSet { public MaxIntSet () // EFFECTS: inizializza this al MaxIntSet vuoto { super( ); } public int max () throws EmptyException { if (size()==0) throw new EmptyException(max); Iterator g=elements(); int max= ((Integer) g.next()).intValue(); while (g.hasNext()) { int el=((Integer) g.next()).intValue(); if (el > max) {max=el;} } return max;} }

22 22 Soluzione migliore per evitare di generare ogni volta tutti gli elementi dellinsieme, memorizziamo in una variabile di istanza di MaxIntSet il valore massimo corrente –oltre ad implementare max –dobbiamo pero rimplementare i metodi modificatori ( insert e remove ) per tenere aggiornato il valore massimo corrente –sono i soli metodi per cui cè overriding –tutti gli altri vengono ereditati da IntSet

23 23 Implementazione del sottotipo 1 public class MaxIntSet { // OVERVIEW: un MaxIntSet è un sottotipo di IntSet che lo estende con // il metodo max private int mass; // lelemento massimo, se this non è vuoto public MaxIntSet () // EFFECTS: inizializza this al MaxIntSet vuoto { super( ); }... } 4 chiamata esplicita del costruttore del supertipo –potrebbe in questo caso essere omessa –necessaria se il costruttore ha parametri 4 nientaltro da fare –perché mass non ha valore quando els è vuoto

24 24 Implementazione del sottotipo 2 public class MaxIntSet extends IntSet { private int mass; ……. public int max () throws EmptyException // EFFECTS: se this è vuoto solleva EmptyException, altrimenti // ritorna lelemento massimo in this {if (size( ) == 0) throw new EmptyException(MaxIntSet.max); return mass;}... } usa un metodo ereditato dal supertipo ( size )

25 25 Implementazione del sottotipo 3 public class MaxIntSet extends IntSet { private int mass;... public void insert (int x) { if (size() == 0 || x > mass) mass = x; super.insert(x); }... } 4 ha bisogno di usare il metodo insert del supertipo, anche se overriden –attraverso il prefisso super analogo a this –non trattato nella nostra semantica operazionale

26 26 Implementazione del sottotipo 4 public class MaxIntSet extends IntSet { private int mass;... public void remove (int x) { super.remove(x); if (size() == 0 || x < mass) return; Iterator g = elements(); mass = ((Integer) g.next()).intValue(); while (g.hasNext() { int z = ((Integer) g.next( )).intValue(); if (z > mass) mass = z; } return; } } 4 anche qui si usa il metodo overriden del supertipo –oltre ai metodi ereditati size e elements

27 27 Procedura stand-alone? perché non realizzare semplicemente un metodo max stand alone esterno alla classe IntSet ? –facendo un sottotipo si implementa max in modo più efficiente (si aggiorna solo quando necessario a seguito di modifiche insert o remove) –Se dovessi realizzare la procedura fuori dalla classe dovremmo per forza generare, tramite literatore, tutti gli elementi e confrontarli fino a trovare il max –Analogamente alla prima implementazione vista (meno efficiente)

28 28 Funzione di astrazione di sottoclassi di una classe concreta 4 definita in termini di quella del supertipo –nome della classe come indice per distinguerle 4 funzione di astrazione per MaxIntSet MaxIntSet (c) = IntSet (c) 4 la funzione di astrazione è la stessa di IntSet perché produce lo stesso insieme di elementi dalla stessa rappresentazione ( els ) –il valore della variabile mass non ha influenza sullinsieme rappresentato

29 29 Invariante di rappresentazione di sottoclassi di una classe concreta 4 invariante di rappresentazione per MaxIntSet I MaxIntSet (c) = c.size() > 0 ==> (c.mass appartiene a IntSet (c) && per tutti gli x in IntSet (c), x <= c. mass) 4 usa la funzione di astrazione del supertipo per riferirsi allinsieme 4 Specifica il legame tra mass e linsieme

30 30 Notate che 4 linvariante della sottoclasse non include (e non utilizza in questo caso) linvariante della superclasse 4 tocca allimplementazione di IntSet preservare la sua invariante che e indipendente dalla sottoclasse 4 Infatti, le operazioni di MaxIntSet non possono interferire con linvariante del supertipo perché operano sulla rep del supertipo solo attraverso i suoi metodi pubblici 4 ma la correttezza dellimplementazione di IntSet è chiaramente necessaria per la correttezza della sottoclasse

31 31 Cosa succede se il supertipo fa vedere la rappresentazione? 4 lefficienza di remove potrebbe essere migliorata –questa versione richiede di visitare els due volte per rimuovere lelemento (attraverso la remove della superclasse) per aggiornare il nuovo mass (utilizzando literatore) 4 dichiarando els protected nellimplementazione di IntSet 4 Basterebbe visitare una sola volta il vettore

32 32 Svantaggi 4 MaxIntSet in questo caso, linvariante di rappresentazione di deve includere quello di IntSet –perché limplementazione di MaxIntSet potrebbe violarlo I MaxIntSet (c) = I IntSet (c) && c.size() > 0 ==> (c.mass appartiene a IntSet (c) && per tutti gli x in IntSet (c), x <= c. mass) Bisogna fare vedere che i metodi della sottoclassi preservano linvariante della superclasse

33 33 Inoltre 4 Si perde lastrazione verso la sottoclasse 4 Se cambiamo la rappresentazione della superclasse dobbiamo reimplementare anche la sottoclasse che accede alla rappresentazione 4 Spesso la soluzione piu efficiente non e quella metodologicamente migliore

34 34 Classi astratte come supertipi 4 implementazione parziale di un tipo 4 può avere variabili di istanza e uno o piú costruttori 4 non ha oggetti 4 i costruttori possono essere chiamati solo dalle sottoclassi per inizializzare la parte di rappresentazione della superclasse 4 contiene metodi astratti (senza implementazione) e metodi concreti (implementati)

35 35 Classi astratte come supertipi 4 può contenere metodi regolari (implementati) –questo evita di implementare piú volte i metodi quando la classe abbia piú sottoclassi e permette di dimostrare più facilmente la correttezza –limplementazione può utilizzare i metodi astratti – i metodi implementati, i costruttori e le variabili distanza della superclasse catturano la parte generica dellimplementazione, comune ai sottotipi –i sottotipi forniscono i dettagli specifici (aggiuntivi) e limplementazione delle parti mancanti

36 36 Interfaccia 4 Nelle classi astratte ce una implementazione parziale, astrae la parte comune ai sottotipi 4 Nelle interfacce non ce alcuna implementazione (in pratica tutti i metodi sono astratti)

37 37 Perché può convenire trasformare IntSet in una classe astratta 4 vogliamo definire (come sottotipo di IntSet ) il tipo SortedIntSet –il generatore elements fornisce accesso agli elementi in modo ordinato –un nuovo metodo subset (overloaded) per ottenere una implementazione più efficiente quando largomento è di tipo SortedIntSet (se sono sorted non ho bisogno di confrontare ogni elemento del primo insieme con ogni elemento del secondo!) 4 vediamo cosa vorremmo per la specifica di SortedIntSet

38 38 Specifica del sottotipo public class SortedIntSet extends IntSet { // OVERVIEW: un SortedIntSet è un sottotipo di IntSet che lo estende // con i metodi max e subset(SortedIntSet) e in cui gli elementi sono // accessibili in modo ordinato public SortedIntSet () // EFFECTS: inizializza this al SortedIntSet vuoto public int max () throws EmptyException // EFFECTS: se this è vuoto solleva EmptyException, altrimenti // ritorna lelemento massimo in this

39 39 Specifica del sottotipo public Iterator elements () // EFFECTS: ritorna un generatore che produrrà tutti gli //elementi di this (come Integers) ciascuno una sola //volta, in ordine crescente public boolean subset (SortedIntset s) // EFFECTS: se s è un sottoinsieme di this ritorna true, //altrimenti false } } 4 Literatore è overridden (la postcondizione è diversa da quella della superclasse) mentre subset è overloaded (la specifica è uguale, il tipo e diverso) In SortedIntSet ho due diversi metodi subset

40 40 Implementazione del sottotipo 4 la rappresentazione degli oggetti di tipo SortedIntSet potrebbe utilizzare una lista ordinata –Avremmo due variabili distanza, la variabile di istanza ereditata da IntSet (utilizzata dai metodi eredidati quali insert e remove) –Bisogna mantenere la consistenza tra le due rappresentazioni (poco efficiente e complicato) –Se anche ridefinissi tutti i metodi per la lista ordinata la variabile distanza eredidata non servirebbe a nulla (poco senso)

41 41 Soluzione migliore –Eliminare il vettore els da IntSet –senza els, IntSet non può avere oggetti e quindi deve essere ASTRATTA –Realizzare i due casi Ordinato e non Ordinato come sottotipi della classe astratta –Per progettare la classe astratta bisogna capire se ce qualche informazione che puo essere data in modo comune alle due sottoclassi, var. distanza o metodi? –Altrimenti e conveniente usare una interfaccia

42 42 IntSet come classe astratta 4 specifica uguale a quella gia vista (solo che alcuni metodi sono astratti) dato che la parte importante della rappresentazione (come sono memorizzati gli elementi dellinsieme) non è definita qui, devono essere astratti i metodi insert, remove, elements e repOk isIn, subset possono essere implementati in termini del metodo astratto elements

43 43 IntSet implementazione 4 size potrebbe essere implementata in termini di elements –inefficiente teniamo traccia nella superclasse della dimensione con una variabile intera sz –che è ragionevole sia visibile dalle sottoclassi ( protected ) –la superclasse non può nemmeno garantire proprietà di sz 4 non cè funzione di rappresentazione –tipico delle classi astratte, perché la vera implementazione è fatta nelle sottoclassi

44 44 Implementazione di IntSet come classe astratta public abstract class IntSet { protected int sz; // la dimensione // costruttore public IntSet () {sz = 0 ;} // metodi astratti public abstract void insert (int x); public abstract void remove (int x); public abstract Iterator elements ( ); public boolean subset (Intset s); public abstract boolean repOk ( );

45 45 Implementazione di IntSet come classe astratta \\metodi\\metodi concreti public boolean isIn (int x) {Iterator g = elements (); Integer z = new Integer(x); while (g.hasNext()) if (g.next().equals(z)) return true; return false; } public int size () {return sz; } // implementazione di subset } }

46 46 Specifica della sottoclasse SortedI ntSet 1 4 E una classe concreta (completamente implementata) come quella che abbiamo visto solo che ora IntSet e astratta 4 si aggiungono il costruttore, il metodo max 4 inoltre literatore elements e overriden (cambia la postcondizione) 4 si aggiunge un metodo subset overloaded

47 47 Implementazione della sottoclasse SortedI ntSet 1 Rappresentazione dellinsieme ordinato come OrderedIntList su cui si assumono anche delle operazioni size e max 4 Si implementano tutti –Metodi astratti (della superclasse) –Costruttore –Metodi overloaded o overriden (tipo subset) 4 I metodi non astratti (tipo size o isIn) che sono definiti in base ai metodi astratti vengono eredidati

48 48 Implementazione della sottoclasse SortedI ntSet 1 public class SortedIntSet extends IntSet { private OrderedIntList els; // la rappresentazione // costruttore public SortedIntSet () {els = new OrderedIntList() ;} // metodi public int max () throws EmptyException { if (sz == 0) throw new EmptyException("SortedIntSet.max"); return els.max( ); } public Iterator elements ( ) {return els.elements(); } // implementations of insert, remove...} 4 Si usa literatore delle liste ordinate 4 insert e remove si implementano banalmente usando le operazioni relative sulle liste ordinate (non li facciamo vedere)

49 49 Implementazione della sottoclasse SortedI ntSet 2 public class SortedIntSet extends IntSet { private OrderedIntList els; // la rappresentazione..... public boolean subset (IntSet s) {.....} public boolean subset (SortedIntSet s) // qui si approfitta del fatto che smallToBig di OrderedIntList // ritorna gli elementi in ordine crescente } 4 Due metodi subset (uno overloaded, laltro eredidato) 4 La scelta del metodo dipende dal tipo del parametro (se IntSet quello della super, se SortedIntSet quello della sotto) 4 Differiscono solo in efficienza 4 Lo fate per esercizio

50 50 Per esercizio GI ntSet 4 Altro sottotipo della classe astratta (insieme non ordinato) 4 E una classe concreta (completamente implementata) come quella che abbiamo visto solo che ora IntSet e astratta 4 Va definito il costruttore, i metodi di inserimento, rimozione e literatore

51 51 Vantaggio della gerarchia 4 Una parte dello stato e delle operazioni sono definite in modo comune tra i diversi sottotipi (quelli implementati nella classe astratta) 4 Le due sottoclassi concrete definiscono implementazioni diverse: ordinato e non ordinato 4 Le due sottoclassi implementano le parti differenti

52 52 Gerarchie di classi astratte 4 anche le sottoclassi possono essere astratte 4 possono continuare ad elencare come astratti alcuni dei metodi astratti della superclasse 4 possono introdurre nuovi metodi astratti

53 53 Interfacce 4 contiene solo metodi non statici, pubblici (non è necessario specificarlo) 4 tutti i metodi sono astratti 4 è implementata da una classe che abbia la clausola implements nellintestazione 4 un esempio che conosciamo: Iterator public interface Iterator { public boolean hasNext ( ); // EFFECTS: restituisce true se ci sono altri elementi // altrimenti false public Object next throws NoSuchElementException; // MODIFIES: this // EFFECTS: se ci sono altri elementi da generare dà il // successivo e modifica lo stato di this, altrimenti // solleva NoSuchElementException (unchecked)}

54 54 Ereditarietà multipla 4 una classe può estendere soltanto una classe 4 ma può implementare una o piú interfacce 4 si riesce così a realizzare una forma di ereditarietà multipla –nel senso di supertipi multipli –anche se non cè niente di implementato che si eredita dalle interfacce public class SortedIntSet extends IntSet implements SortedCollection {.. } 4 SortedIntSet è sottotipo sia di IntSet che di SortedCollection

55 55 A cosa servono le interfacce? 4 A realizzare implementazioni multiple di un tipo di dato astratto 4 Per esempio potremmo definire IntSet come interfaccia 4 Definire sottotipi di IntSet che la implementano in modo diverso (con un vettore, o con una lista) 4 In questo modo linterfaccia maschera limplementazione (astrae dallimplemenazione)

56 56 A cosa servono le interfacce? 4 A realizzare tipi con un insieme di operazioni in comune (come nel caso di Iterator o Comparable) 4 Il codice scritto guardando linterfaccia astrae dal particolare generatore


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