1 Astrazioni sui dati : Specifica ed Implementazione di Tipi di Dato Astratti in Java

2 Sommario 4 cosè un tipo di dato astratto 4 astrazione tramite specifica: 1. specifica 2. implementazione 3. relazione tra specifica ed implementazione (nel seguito)

3 Perché lastrazione sui dati 4 il più importante tipo di astrazione 4 il nucleo della programmazione orientata ad oggetti 4 lo scopo è quello di estendere il linguaggio –nel nostro caso, Java con nuovi tipi di dato (oltre a quelli primitivi int, String…) 4 quali, dipende dallapplicazione interprete: stacks e tabelle di simboli (frame, ambiente dei metodi) applicazione bancaria: conti applicazioni numeriche: matrici

4 Cosè un tipo di dato astratto 4 in ogni caso è –un insieme di dati stacks, conti, matrici – un insieme di operazioni per crearli e manipolarli 4 Cosa sta nella specifica? La descrizione astratta dei dati La descrizione delle relative operazioni

5 Implementazione 4 Cosa sta nell implementazione? La rappresentazione (o implementazione) dei dati Limplementazione delle relative operazioni

6 Astrazione tramite specifica 4 con la specifica vogliamo astrarre dallimplementazione del tipo di dato –lutente deve operare sul tipo di dato indipendendentemente dalla sua rappresentazione (non la deve vedere) 4 Le modifiche della rappresentazione non devono modifiche dei moduli che usano il tipo di dato

7 Come procediamo? 4 Prima definiamo la specifica del tipo di dato astratto –interfaccia pubblica per lutente 4 Poi la implementiamo –puo al solito essere fatto in un momento successivo, in modo indipendente dai moduli che usano il tipo di dato

8 La specifica di un tipo di dato astratto 4 Java (parte sintattica della specifica) –classe o interfaccia per ora solo classi –nome per il tipo nome della classe –operazioni metodi di istanza incluso il(i) costruttore(i) 4 la specifica del tipo descrive proprietà generali degli oggetti –per esempio la modicabilità 4 per il resto la specifica è essenzialmente una specifica dei metodi –strutturata come già abbiamo visto per le astrazioni procedurali –loggetto su cui i metodi operano è indicato nella specifica da this

9 Formato della specifica public class NuovoTipo { // OVERVIEW: Gli oggetti di tipo NuovoTipo // sono collezioni modificabili di.. // costruttori public NuovoTipo () // EFFECTS:... // metodi // specifiche degli altri metodi }

10 Linsieme di interi 1 public class IntSet { // OVERVIEW: un IntSet è un insieme modificabile // di interi di dimensione qualunque // costruttore public IntSet () // EFFECTS: inizializza this a vuoto // metodi 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...}

11 Linsieme di interi 2 public class IntSet {... // metodi... public int size () // EFFECTS: ritorna la cardinalità di this public int choose () throws EmptyException // EFFECTS: se this è vuoto, solleva // EmptyException, altrimenti ritorna un // elemento qualunque contenuto in this }

12 IntSet : commenti 1 public class IntSet { // OVERVIEW: un IntSet è un insieme modificabile // di interi di dimensione qualunque.... } 4 descrizione astratta dei dati 4 gli oggetti della classe sono descritti nella specifica in termini di concetti noti –in questo caso, gli insiemi matematici 4 gli stessi concetti sono anche utilizzati nella specifica dei metodi

13 IntSet : commenti 2 public class IntSet { // OVERVIEW:... // costruttore public IntSet () // EFFECTS: inizializza this a vuoto...} 4 un solo costruttore (senza parametri) –inizializza this (loggetto nuovo) –non è possibile vedere lo stato delloggetto tra la creazione e linizializzazione la specifica non ha una clausola MODIFIES

14 IntSet : commenti 3 public class IntSet {... // metodi public void insert (int x) // MODIFIES: this // EFFECTS: aggiunge x a this public void remove (int x) // MODIFIES: this // EFFECTS: toglie x da this...} 4 modificatori –modificano lo stato del proprio oggetto ( MODIFIES: this ) –notare che nè insert nè remove sollevano eccezioni se si inserisce un elemento che cè già se si rimuove un elemento che non cè

15 IntSet : commenti 4 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 int choose () throws EmptyException // EFFECTS: se this è vuoto, solleva // EmptyException, altrimenti ritorna un // elemento qualunque contenuto in this...} 4 osservatori –non modificano lo stato del proprio oggetto –choose può sollevare uneccezione (se linsieme è vuoto) EmptyException può essere unchecked, perché lutente può utilizzare size per evitare di farla sollevare

16 Astrazione tramite specifica La specifica contiene tutte e sole le informazioni per utilizzare il tipo di dato in altri moduli Possiamo (dobbiamo) scrivere codice che crea oggetti di tipo Intset e li modifica tramite metodi e costruttori guardando solo la specifica

17 Esempio di un metodo che usa IntSet public static IntSet getElements (int[] a) throws NullPointerException // EFFECTS:se a=null solleva NullPointerException // altrimenti, restituisce un insieme che //contiene tutti e soli gli interi di a {IntSet s = new IntSet(); for (int i = 0; i < a.length; i++) s.insert(a[i]); return s; } scritta solo conoscendo la specifica di IntSet

18 Notate che –non accede allimplementazione non esiste ancora anche se ci fosse non potrebbe vederla –costruisce, accede e modifica loggetto solo attraverso i metodi (incluso il costruttore)

19 Specifica di un tipo primitivo 4 le specifiche sono ovviamente utili per capire ed utilizzare correttamente i tipi di dato primitivi di Java 4 vedremo, come esempio, il caso dei vettori –Vector –arrays dinamici che possono cambiare dimensione –contengono Object ( per il principio di sostituzione possiamo memorizzarci qualsiasi sottotipo di Object)

20 Vector 1 public class Vector { // OVERVIEW: un Vector è un array modificabile // di dimensione variabile i cui elementi sono // di tipo Object: indici tra 0 e size - 1 // costruttore public Vector () // EFFECTS: inizializza this a vuoto // metodi public void add (Object x) // MODIFIES: this // EFFECTS: aggiunge una nuova posizione a // this inserendovi x public int size () // EFFECTS: ritorna il numero di elementi di // this...}

21 Vector 2... public Object get (int n) throws IndexOutOfBoundsException // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti // ritorna loggetto in posizione n in this public void set (int n, Object x) throws IndexOutOfBoundsException // MODIFIES: this // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti // modifica this sostituendovi loggetto x in // posizione n}

22 Vector 3... public void remove (int n) throws IndexOutOfBoundsException // MODIFIES: this // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti // modifica this eliminando loggetto in // posizione n public void insert (Object o, int n) throws IndexOutOfBoundsException // MODIFIES: this // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti // modifica this inserendo o nella posizione n }

23 Vector : commenti 1 public class Vector { // OVERVIEW: un Vector è un array modificabile // di dimensione variabile i cui elementi sono // di tipo Object: indici tra 0 e size } 4 gli oggetti della classe sono descritti nella specifica in termini di concetti noti –in questo caso, gli arrays 4 gli stessi concetti sono anche utilizzati nella specifica dei metodi –indice, elemento identificato dallindice 4 il tipo è modificabile (come larray) 4 notare che gli elementi sono di tipo Object

24 Vector : commenti 2 public class Vector { // OVERVIEW: un Vector è un array modificabile // di dimensione variabile i cui elementi sono // di tipo Object: indici tra 0 e size - 1 // costruttore public Vector () // EFFECTS: inizializza this a vuoto...} 4 un solo costruttore (senza parametri) –inizializza this (loggetto nuovo) ad un array vuoto

25 Vector : commenti 3 public void add (Object x) // MODIFIES: this // EFFECTS: aggiunge una nuova posizione a // this inserendovi x public void set (int n, Object x) throws IndexOutOfBoundsException // MODIFIES: this // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti modifica // this sostituendovi loggetto x in posizione n 4 sono modificatori –modificano lo stato del proprio oggetto ( MODIFIES: this ) –set e remove possono sollevare uneccezione primitiva unchecked

26 Vector : commenti 3 public void remove (int n) throws IndexOutOfBoundsException // MODIFIES: this // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti modifica // this eliminando loggetto in posizione n public void insert (Object o, int n) throws IndexOutOfBoundsException // MODIFIES: this // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti // modifica this inserendo o nella posizione n 4 sono modificatori 4 In entrambi i casi vengono shiftati gli elementi che occorrono dopo la posizione n, in indietro o avanti

27 Vector : commenti 4 public int size () // EFFECTS: ritorna il numero di elementi di // this public Object get (int n) throws IndexOutOfBoundsException // EFFECTS: se n = this.size solleva // IndexOutOfBoundsException, altrimenti // ritorna loggetto in posizione n in this public Object lastElement () // EFFECTS: ritorna lultimo oggetto in this 4 sono osservatori –non modificano lo stato del proprio oggetto –get può sollevare uneccezione primitiva unchecked

28 Specifica di un tipo primitivo –La specifica e di fatto la descrizione che troviamo nel manuale (a parte il formato dei commenti) –Quando usiamo il tipo di dato primitivo non sappiamo come e realizzato, ovvero come e implementato il Vector e come sono realizzate le operazioni relative –Lo stesso meccanismo di astrazione tramite specifica deve valere per i tipi di dato astratti che definiamo

29 Implementazione 4 scelta fondamentale è quella della rappresentazione (rep) –come i valori del tipo astratto sono implementati in termini di altri tipi tipi primitivi o già implementati nuovi tipi astratti che facilitano limplementazione del nostro 4 segue limplementazione dei costruttori e dei metodi (più eventuali altri metodi ausiliari privati)

30 La rappresentazione 4 in Java, gli oggetti del nuovo tipo sono semplicemente collezioni di valori di altri tipi –definite da un insieme di variabili di istanza private accessibili solo dai costruttori e dai metodi della classe questo e necessario per evitare laccesso diretto alla rappresentazione delloggetto da parte degli utenti

31 Implementazione di IntSet 1 public class IntSet { // OVERVIEW: un IntSet è un insieme modificabile // di interi di dimensione qualunque private Vector els; // la rappresentazione // costruttore public IntSet () // EFFECTS: inizializza this a vuoto {els = new Vector();}...} un insieme di interi è rappresentato da un Vector –più adatto dell Array, perché linsieme ha dimensione variabile gli elementi di un Vector sono di tipo Object –non possiamo memorizzarci valori di tipo int –usiamo oggetti di tipo Integer

32 Implementazione di IntSet 2 public void insert (int x) // MODIFIES: this // EFFECTS: aggiunge x a this {Integer y = new Integer(x); if (getIndex(y) < 0) els.add(y); } 4 Inseriamo lelemento solo se non occorre gia nellinsieme 4 Vogliamo che non ci siano occorrenze multiple di elementi –implementazione piu efficiente (vedi remove e size) 4 A tale fine si utilizza un metodo ausiliario getIndex, che ritorna -1 se lelemento non occorre

33 Implementazione di IntSet 2 private int getIndex (Integer x) // EFFECTS: se x occorre in this //ritorna la posizione in cui si trova, //altrimenti -1 {for (int i = 0; i < els.size(); i++) if (x.equals(els.get(i))) return i; return -1; } il metodo privato ausiliario getIndex ritorna un valore speciale e non solleva eccezioni 4 non sta nella specifica (perché è privato) notare luso del metodo equals su Integer

34 Implementazione di IntSet 3 public void remove (int x) // MODIFIES: this // EFFECTS: toglie x da this {int i = getIndex(new Integer(x)); if (i < 0) return; els.set(i, els.lastElement()); els.remove(els.size() - 1);} 4 nella rimozione, se lelemento cè, ci scrivo sopra lultimo corrente ed elimino lultimo elemento 4 E corretto sse lelemento occorre in una sola posizione del vettore………

35 Implementazione di IntSet 3 public boolean isIn (int x) // EFFECTS: se x appartiene a this ritorna // true, altrimenti false { return getIndex(new Integer(x)) >= 0; } 4 Usa il solito metodo ausiliario

36 Implementazione di IntSet 4 public int size () // EFFECTS: ritorna la cardinalità di this {return els.size(); } 4 E corretto dato che non ci possono essere occorrenze multiple di elementi nel vettore

37 Implementazione di IntSet 4 public int choose () throws EmptyException // EFFECTS: se this è vuoto, solleva // EmptyException, altrimenti ritorna un // elemento qualunque contenuto in this {if (els.size() == 0) throw new EmptyException(IntSet.choose); return ((Integer) els.lastElement()).intValue(); } lastElement non puo sollevare eccezioni dato che si effettua un controllo che non sia vuoto 4 ritorna un Object (come tipo apparente), quindi per trasformarlo in int tramite intValue() bisogna fare il cast

38 Sommario 4 Abbiamo realizzato tipi di dato astratto usando lastrazione fornita dalla specifica 4 La specifica e limplementazione stanno nella stessa classe 4 la specifica funge da interfaccia con chi usa il tipo di dato, puo anche essere compilata senza avere limplementazione insieme ai moduli che la usano 4 Specifica ed implementazione sono di conseguenza legate da un concetto di correttezza (che vedremo)