Ereditarieta’

Contenuti Introduciamo un meccanismo fondamentale di Java: l’ereditarieta’ Permette di estendere classi gia’ definite (ovvero di definire sottotipi di tipi gia’ definiti) Introduciamo i concetti principali (la semantica formale la vedremo in seguito)

Ricordiamo che I programmi in Java consistono di classi. Le classi consentono di definire: collezioni di procedure (metodi statici) come prototipi di oggetti (tramite variabili e metodi d’istanza, che definiscono il loro stato interno e le operazioni)

Ricordiamo che…… Variabili e metodi statici appartengono alla classe Variabili e metodi di istanza appartengono agli oggetti (istanze della classe). Una classe definisce un tipo (nome della classe). Gli oggetti istanza della classe hanno quel tipo.

L’ ereditarieta’ è un meccanismo fondamentale sia per il riutilizzo del codice che per lo sviluppo incrementale di programmi. Questo meccanismo permette di estendere e potenziare classi già esistenti fattorizzare informazioni comuni a piu’ classi Ereditarietà

Supponiamo di volere definire una classe i cui oggetti hanno una struttura più ricca di quella di una classe già definita una classe che realizza delle funzionalità aggiuntive rispetto ad una classe già definita In questi casi si può definire la nuova classe come sottoclasse della precedente, ereditando le caratteristiche gia’ presenti. A cosa serve

Supponiamo di avere definito una classe Persona gli oggetti della classe memorizzano il nome e l’indirizzo semplici operazioni definite tramite metodi d’istanza Esempio

class Persona { public String nome; public String indirizzo; public Persona() {this.nome = ""; this.indirizzo = ""; } public Persona(String nome,String indirizzo) {this.nome = nome; this.indirizzo = indirizzo; } public String getNome() {return nome; } Esempio di classe 1

public String getIndirizzo() {return indirizzo; } public void visualizza() {System.out.println("Nome: " + nome + "\nIndirizzo: " + indirizzo); } public boolean omonimo(Persona p) {return this.nome.equals(p.nome); } Esempio di classe 2

Vogliamo definire una classe Studente che rappresenti gli studenti iscritti ad un corso di laurea. Ogni studente è descritto dal nome, dall'indirizzo, dal numero di matricola e dal piano di studio. Vogliamo delle operazioni addizionali per leggere e modificare il piano di studio Uno Studente è un tipo particolare di Persona. Esempio di sottoclasse 1

L'ereditarietà ci consente di definire la classe Studente senza ripetere la descrizione di tutte le variabili e i metodi di Persona Definiamo Studente in modo incrementale, come sottoclasse Esempio di sottoclasse 1

class Studente extends Persona { public int matricola; public String pianoDiStudio; public static int nextMatricola = 1; public Studente() { this.matricola = nextMatricola; nextMatricola=nextMatricola+1; this.pianoDiStudio = ""; } public Studente(String nome, String indirizzo) {this.nome = nome; this.indirizzo = indirizzo; this.matricola = nextMatricola; nextMatricola= nextMatricola+1; this.pianoDiStudio = ""; } Esempio di sottoclasse 2

public String getPdS() {return pianoDiStudio; } public void modificaPdS(String nuovoPdS) { pianoDiStudio += nuovoPdS + "\n"; } Esempio di sottoclasse 3

La parola chiave extends significa che Studente è una sottoclasse o classe derivata di Persona Persona è una superclasse o classe genitrice di Studente Analogamente Studente è un sottotipo di Persona

Se c1 è una sottoclasse di (estende) c2 le variabili e metodi statici di c2 (e delle sue superclassi) sono visibili direttamente da c1 variabili e metodi di istanza di c2 (e delle sue superclassi) diventano anche variabili e metodi di istanza di c1 (a meno di overriding) Semantica informale

Un oggetto di tipo Studente avrà quattro variabili di istanza: * nome e indirizzo ereditate da Persona * matricola e pianoDiStudio definite nella sottoclasse Studente Su di lui possono essere invocati tutti i metodi della sottoclasse e della superclasse

Un oggetto di tipo Studente

Esempio Studente p= new Studente(); p.getIndirizzo(); (metodo della superclasse) p.getPds(); (metodo della sottoclasse) p.nome; (variabile della superclasse) p.matricola; (variabile della sottoclasse) Le variabili sono pubbliche (non ci sono vincoli per l’accesso)

Anche per i costruttori esiste un meccanismo di ereditarietà: all’atto della creazione di una istanza della sottoclasse c1 viene eseguito automaticamente il costruttore della superclasse c2 (per inizializzare le variabili ereditate) Costruttori

Esempio: costruttori public Studente() { this.matricola = nextMatricola ++; this.pianoDiStudio = ""; } Il costruttore di Persona viene invocato automaticamente per inizializzare le variabili eredidate alla stringa vuota. public Persona() {this.nome = ""; this.indirizzo = ""; }

In alcuni casi i metodi ereditati dalla superclasse possono non essere adatti per la sottoclasse Una sottoclasse puo’ riscrivere un metodo della superclasse (stesso nome, stessi parametri, stesso tipo) In tal caso sugli oggetti della sottoclasse viene utilizzato il metodo riscritto (quello piu’ specifico) Overriding

Ad esempio, se invochiamo il metodo visualizza su un'istanza di Studente, verranno stampati solo i valori delle prime due variabili d'istanza (nome e indirizzo). public void visualizza() {System.out.println("Nome: " + nome + "\nIndirizzo: " + indirizzo); }

Se vogliamo stampare anche la matricola ed il piano di studio, dobbiamo sovrascrivere (override) visualizza aggiungendo a Studente il seguente metodo: public void visualizza() {System.out.println("Nome: " + nome + "\nIndirizzo: " + indirizzo); System.out.println("Matricola: " + matricola + "\nPianodiStudio: " + pianoDiStudio); }

Il comando p.visualizza() invocherà il metodo visualizza della classe Persona se p è un'istanza di Persona il nuovo metodo che stampa anche il numero di matricola e il piano di studio se p è un'istanza di Studente. La scelta del metodo piu’ specifico viene effettuata a tempo di esecuzione Non puo’ essere fatta a tempo di compilazione (come vedremo a causa dei sottotipi)

Ricordiamo che le variabili private sono visibili solo nella classe in cui sono dichiarate Se nella classe Persona avessimo dichiarato le variabili d'istanza private, non sarebbe stato possibile accedere dalla sottoclasse alle variabili private dichiarate nella superclasse. Specificatori di accesso : private e public

Gli oggetti di tipo Studente possiedono le variabili della superclasse (le ereditano) Ma non possono accedervi! Problemi nei costruttori e nel metodo visualizza() (sovrascritto) Variabili della superclasse private

Il metodo visualizza di Studente avrebbe causato un errore in compilazione, tentando di accedere a variabili private dichiarate nella superclasse. public void visualizza() {System.out.println("Nome: " + nome + "\nIndirizzo: " + indirizzo); System.out.println("Matricola: " + matricola + "\nPianodiStudio: " + pianoDiStudio); } Problema

public Studente(String nome, String indirizzo) {this.nome = nome; this.indirizzo = indirizzo; this.matricola = nextMatricola; nextMatricola= nextMatricola+1; this.pianoDiStudio = ""; }

Allora come avrebbe fatto un oggetto di tipo Studente a modificare le variabili d’istanza ereditate dalla superclasse? Si puo’ accedere alle variabili attraverso i metodi della superclasse utilizzando super super (simile a this) fa riferimento all'istanza che sta eseguendo un metodo o un costruttore, ma costringe l'interprete a vedere l'oggetto come istanza della superclasse. Super

Riscriviamo il metodo visualizza per Studente in modo da chiamare il metodo visualizza di Persona per accedere alle variabili della superclasse public void visualizza() { super.visualizza(); System.out.println("Matricola: " + matricola + "\nPianodiStudio: " + pianoDiStudio); } Esempio 1

Riscriviamo il costruttore in modo da chiamare il costruttore superclasse public Studente(String nome, String indirizzo) {super(nome,indirizzo); this.matricola = nextMatricola; nextMatricola= nextMatricola+1; this.pianoDiStudio = ""; } Esempio 2

Gerarchia di Tipi La relazione di sottoclasse e’ transitiva Si crea una gerarchia di classi (o di tipi) al cui top c’e’ la classe Object Tutti i tipi che definiamo sono per default sottotipi di Object

Grazie all’ereditarieta’ i sottotipi supportono il comportamento del supertipo, ovvero le istanze della sottoclasse hanno le variabili d’istanza ed i metodi (al limite overridden) del supertipo hanno accesso alle variabili ed ai metodi statici della superclasse Di conseguenza un oggetto del sottotipo può essere utilizzato dovunque sia richiesto un oggetto del supertipo. Principio di sostituzione

Persona tizio = new Studente("Mario Rossi", "Pisa"); /* corretto: su tizio posso invocare tutti i metodi di Persona, grazie all'ereditarieta' */ tizio.visualizza() ; tizio.nome=“Francesca”; Esempio 1 Un'istanza di Studente si può usare dovunque sia richiesto un oggetto di Persona, come in un assegnamento o nel passaggio di parametri.

Un'istanza di Studente si può usare dovunque sia richiesto un oggetto di Persona, come in un assegnamento o nel passaggio di parametri. Persona tizio = new Persona("Marco Rossi", "Pisa"); Studente pippo = new Studente("Mario Rossi", "Pisa"); /* corretto: omonimo richiede un parametro di tipo Persona */... if(tizio.omonimo(pippo))... Esempio

Non è possibile il contrario, ovvero utilizzare un oggetto del supertipo al posto di uno del sottotipo. Il sottotipo puo’ avere variabili e metodi (d’istanza o statici) aggiuntivi, per esempio il numero di matricola o il metodo che ritorna il piano di studio.... Attenzione:

Errore di tipo rilevato dal compilatore... Studente tizio = new Persona("Mario Rossi", "Pisa"); /* errore di tipo/ tizio.getpdS(); /* altrimenti potrei fare una invocazione inesistente/ Esempio

Il principio di sostituzione e’ fondamentale per sfruttare i sottotipi Permette di riusare tutto il codice definito per il sottotipo Permette di realizzare una sola volta operazioni comuni tra vari sottotipi Ci sono pero’ dei problemi per I controlli statici (quelli effettuati dal compilatore, tipi, regole di scoping) dovuti alla presenza dei sottotipi... Flessibilita’

Tipo apparente : tipo con cui una variabile e’ dichiarata Tipo effettivo: tipo del valore legato alla variabile Il tipo apparente ed il tipo effettivo possono essere diversi, in particolare il tipo effettivo puo’ essere un sottotipo del tipo apparente... Tipo Apparente e Tipo Effettivo

tizio ha tipo apparente Persona tipo effettivo Studente Persona tizio = new Studente("Mario Rossi", "Pisa”);... Esempi

Problemi Persona tizio = new Studente("Mario Rossi","Pisa"); tizio.modificaPdS("Algebra"); Alcune operazioni legali rispetto al tipo effettivo possono essere illecite rispetto al tipo apparente (che e’ un supertipo di quello effettivo) La chiamata di modificaPdS non e’ corretta rispetto al tipo apparente (Persona non ha un metodo con quel nome)

Problemi Il controllo dei tipi in Java e’ effettuato staticamente dal compilatore (non a run-time) Il compilatore di Java effettua una analisi statica, ovvero una verifica sul codice del programma, che esamina tutte le istruzioni separatamente e controlla che ogni assegnamento e ogni chiamata di metodo (passaggio di parametri) sia corretta rispetto ai tipi delle variabili

Tipo Apparente Come fa il compilatore a conoscere il tipo effettivo di una variabile senza eseguire un programma? Non puo’ (dipende dal flusso di esecuzione) calcolare il tipo del valore associato ad una variabile Di consequenza il controllo dei tipi fatto dal compilatore usa solo il tipo apparente

Persona tizio = new Studente("Mario Rossi", "Pisa"); tizio.modificaPdS("Algebra"); Si verifica un errore di compilazione. Infatti abbiamo chiamato su tizio (variabile dichiarata di classe Persona ) un metodo della sottoclasse Studente. Anche se il tipo effettivo sarebbe giusto……il compilatore non lo conosce! Esempio 1

((Sottotipo) espressione) il compilatore verifica solo che il tipo apparente di espressione sia supertipo di Sottotipo tratta espressione come se fosse del Sottotipo Il controllo del tipo effettivo di espressione e’ rimandato a run-time (errore a tempo di esecuzione) Per rimediare: Cast

Persona tizio = new Studente("Mario Rossi", "Pisa"); ((Studente)tizio).modificaPdS("Algebra"); Non ci sono errori in fase di compilazione, il compilatore verifica solo che il tipo apparente di tizio sia supertipo di Studente (tipo verso il quale facciamo il cast) tratta nella chiamata di metodo tizio come se fosse del sottotipo Esempio 1

Quando si valuta ((Studente) tizio) se tizio non ha tipo effettivo Studente, verrà invece sollevata una eccezione a run-time Si può controllare la classe di appartenenza di un oggetto prima del cast: if (tizio instanceof Studente) ((Studente) tizio).modificaPdS("Algebra"); La condizione (obj instanceof Classe) restituisce true se e solo se obj è una istanza della classe Classe. Cast 2

Tipo effettivo e apparente:conseguenza Il controllo dei tipi statico non evita errori di tipo a run-time a causa dei cast La scelta del metodo piu’ specifico tra metodi overridden dipende dal tipo effettivo (deve essere fatta a run-time)

Esempio Supponiamo di avere riscritto il metodo visualizza nella sottoclasse studente Persona tizio = new Studente("Mario Rossi", "Pisa"); tizio.visualizza(); Compila correttamente Deve invocare il metodo piu’ specifico (quello della sottoclasse) che dipende dal tipo effettivo

Ricordiamo che l’analisi statica effettuata dal compilatore verifica anche le regole di scoping Anche queste vengono realizzate rispetto al tipo apparente Le regole sono quelle che abbiamo visto L’estensione ai sottotipi e’ banale Visibilita’ dei nomi e regole di scoping

Da una classe sono direttamente visibili nell’ordine i propri nomi statici e quelli delle superclassi I metodi statici hanno la visibilita’ della classe di appartenenza (quella in cui sono dichiarati) oltre ai nomi locali Non vediamo i nomi d’istanza, infatti non ci sono oggetti di riferimento Variabili + metodi statici

Da un oggetto sono direttamente visibili nell’ordine i propri nomi d’istanza (inclusi quelli ereditati) e la classe, tramite questa le variabili statiche sue e delle superclassi I metodi d’istanza (inclusi i costruttori) hanno la visibilita’ dell’oggetto su cui sono eseguiti Infatti le variabili d’istanza appartengono agli oggetti, e le variabili statiche sono condivise tra tutti gli oggetti della classe Variabili + metodi d’istanza