Classi ed Oggetti in JAVA Dott. Ing. Leonardo Rigutini Dipartimento Ingegneria dell’Informazione Università di Siena Via Roma 56 – 53100 – SIENA rigutini@dii.unisi.it www.dii.unisi.it/~rigutini/

Outlines Classi ed Oggetti: Definire una classe 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

Classi ed Oggetti

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 all’interno del programma mediante l’invocazione di metodi : Quando è invocato un metodo di un oggetto, vengono svolte all’interno dell’oggetto una serie di attività con lo scopo di realizzare la funzione per cui il metodo è stato implementato

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.

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...)

Classi ed oggetti Che differenza c’è 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 L’oggetto 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

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

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

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

Esempio “Giocatore” static public int main(String[] args) { 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 static public int main(String[] args) { Giocatore G=new Giocatore(“Leonardo”,”Rigutini”); System.out.println(G.nome+ “ ” +G.cognome); }

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 l’oggetto ad una variabile oggetto: Giocatore G: Come si vede la dichiarazione di una variabile oggetto è costituita da due parti: classe nome_della_variabile;

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

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 G; .... System.println(G.nome); Giocatore: Variable G might not have been initialized at line ....

Riferimenti agli oggetti E’ fondamentale sapere che la variabile oggetto (G) non contiene l’oggetto, ma un riferimento ad esso: G si riferisce all’oggetto Giocatore creato con l’operazione new Quindi se creiamo un’altra 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 sull’oggetto G: G.nome equivale a G1.nome e viceversa

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

Definire una classe

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 l’oggetto 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 }

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 all’interno del file in cui è definita. Molte volte infatti in uno stesso file possono essere definite più di una classe, l’importante 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 }

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 dall’esterno 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 all’oggetto come ad una scatola nera di cui noi vediamo solamente l’interfaccia Inoltre possiamo anche non interessarci a come tale interfaccia è stata implementata

Progettare l’interfaccia Quindi per definire una classe è opportuno prima pensare all’interfaccia 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 all’esterno e quindi utilizzabili solamente dall’interno della classe: Tali elementi non “faranno parte dell’interfaccia della classe” ma serviranno alla classe stessa per realizzare operazioni interne

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

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

Variabili membro

Dichiarare le variabili della classe 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 public class prova { public int a; private double b; Car auto; … }

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; … }

Costanti Normalmente è utile definire all’interno 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;

Costanti Ovviamente, essendo una dichiarazione di costante, la dichiarazione richiede l’inizializzazione 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 : L’accesso alle costanti è eseguito tramite il punto come un normale accesso alle variabili membro

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 Riferimento costante, l’oggetto è modificabile y memorizza il valore di NPORTE dell’oggetto auto di tipo Car  solo se NPORTE è dichiarato public nella classe Car Non ammessa

Metodi

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; }

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 * @param dx * @param dy */ public void translate(int x, int y) { this.x=this.x+x; this.y=this.y+y; }

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

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

Variabili locali All’interno 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. L’accesso alla variabile membro invece che alla variabile locale viene risolto tramite l’uso del parametro implicito this

Parametro implicito this Dall’interno 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

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

Costruttore

Costruttore 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 dell’oggetto, 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)

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 * @param dx * @param dy */ public void translate( int dx, int dy) { x=x+dx; y=y+dy;

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

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;

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 nell’oggetto 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.

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 l’oggetto copiando lo stato dell’oggetto passato come parametro costruttore di copia

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 dell’oggetto B */ public void Rectangle(Rectangle R1) { x=R1.x; y=R1.y;

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 anch’essa 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 R2= new Rectangle(R1);

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;

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 Car tassista x T1 tassista x T2

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

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 l’operatore new : Car A = new Car(); … A.Car(); Errore Car A = new Car(); … A = new Car(); La variabile oggetto cambia il suo contenuto, ossia l’indirizzo di memoria riferito. In questo caso l’oggetto precedente non è più riferibile (a meno che non esistano altri riferimenti attivi!)

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

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

Esempio Creiamo il costruttore per la classe BankAccount: In costruzione, l’unica 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;

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

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

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

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

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()); }

Metodi static

Metodi static 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 l’oggetto 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 l’oggetto sia istanziato, facendo riferimento solamente alla classe che le definisce: Es. double r=Matematica.log(double x);

Metodi static La funzione main, per definizione deve poter essere invocata quando ancora l’oggetto non esiste, altrimenti l’oggetto 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 l’oggetto altrimenti si andrebbe avanti all’infinito: 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 l’oggetto non è istanziato e le variabili o funzioni “non static” non esistono

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

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;

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)); }

Variabili static

Variabili static Definire una variabile static significa fare in modo che l’istanza 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 dell’oggetto 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

Inizializzazione di variabili static Le variabili static non possono però essere inizializzate all’interno del costruttore: Questo perché altrimenti verrebbero comunque modificate e reinizializzate alla costruzione di ogni oggetto E’ necessario quindi inserire l’inizializzazione 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; }

Costanti statiche Le costanti, viste come variabili particolari, possono essere anch’esse 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

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 dall’oggetto stesso: Così sembra una contraddizione dato che per invocare il costruttore è necessario avere l’oggetto ma per avere l’oggetto 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 dell’oggetto (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 quest’ultimo di uno alla creazione di un oggetto (costruzione controllata)