 Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.1 Polymorfi og nedarvning Motivation for arv og “mange former”

Præsentationer af emnet: " Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.1 Polymorfi og nedarvning Motivation for arv og “mange former”"— Præsentationens transcript:

1  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.1 Polymorfi og nedarvning Motivation for arv og “mange former”

2  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.2 Nedarvning I har allerede set eksempler på nedarvning (inheritance) af egenskaber, nemlig med de lærde skildpadder class SkilledTurtle extends Turtle { public void box() { //tegner et kvadrat med sidelængde 100 for (int i=0; i<4; i++) { move(100); turn(90); } } public void spirille() { //tegner en spirille med sidelængde 100 for (int i=0; i<36; i++) { box(); turn(10); } } } En SkilledTurtle arver egenskaberne fra Turtle, og specialiserer (udvider) med nye metoder eller variable

3  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.3 Nedarvede objekter Nedarvede objekter indeholder foreningsmængden af instansvariable og metoder for alle dens superklasser (super class) class a { public int num = 37; public int getNum() { return num; } } class b extends a { public Date d = new Date(); public Date getDate() { return d; } } class c extends b { public double v = 23.34; } num d v getNum() getDate() c myObject = new c(); myObject:

4  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.4 Klassehierarki De lærde skildpadder og a, b, og c-klasserne er eksempler på klassehierarkier (class hierarchy): Turtle SkilledTurtle a b c nedarvnings- eller is-a (er-en) relation UML klassediagram notation klasse nedarvningsrelation

5  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.5 Motivation for polymorfi Vi er blevet bedt om at lave nogle klasser til at tegne figurer: Et rektangel og en trekant. Krav: –Skal kunne tegne dem i forskellige farver –Vi skal kunne flytte figurerne en afstand, d d

6  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.6 Skildpadden kan hjælpe os Rectangle int w, h Turtle t Color c draw() move() w h t:c: Color.blue UML-klasse med angivelse af instans- variable og metoder

7  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.7 Konstruktør Rektangel: public Rectangle( int width, int height, Color color, TurtleWorld sandbox ) { w = width; h = height; c = color; t = new Turtle( sandbox ); t.penUp(); t.moveTo( 100, 100 ); t.penDown(); t.setColor( color ); }

8  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.8 draw() public void draw() { t.move(w); t.turn(90); t.move(h); t.turn(90); t.move(w); t.turn(90); t.move(h); t.turn(90); }

9  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.9 move() Nogle forslag? public void move( int distance ) { t.setColor( Color.white ); draw(); t.setColor( c ); t.move( distance ); draw(); }

10  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.10 Sletning af en figur Den første del af move består jo i at slette den, så vi kunne dels få en mere læsevenlig kode, og tilføje en ny egenskab til vores klasse: Evnen til at blive slettet public void erase() { t.setColor( Color.white ); draw(); t.setColor( c ); } public void move( int distance ) { erase(); t.move( distance ); draw(); }

11  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.11 Trekant Triangle int b Turtle t Color c draw() move() erase() b bb t:c: Color.red

12  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.12 Konstruktør Trekant: public Triangle( int basis, Color color, TurtleWorld sandbox ) { b = basis; c = color; t = new Turtle( sandbox ); t.penUp(); t.moveTo( 100, 100 ); t.penDown(); t.setColor( color ); }

13  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.13 draw() public void draw() { t.move(b); t.turn(120); }

14  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.14 move() Nogle forslag? Aaarghh... public void erase() { t.setColor( Color.white ); draw(); t.setColor( c ); } public void move( int distance ) { erase(); t.move( distance ); draw(); }

15  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.15 Nye figurer Cirkler, stjerner, rhomber, femkanter, … Hvordan undgår vi at skrive det samme kode igen og igen? Nogle forslag?

16  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.16 Det objektorienterede svar De objekt-orienterede sprog giver en elegant mekanisme til at håndtere sådanne problemstillinger, både begrebsmæssigt og i praksis: Nedarvning og polymorfi

17  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.17 Indsigten “Vi er blevet bedt om at lave nogle klasser til at tegne figurer: Et rektangel og en trekant.” Der er et generelt begreb, nemlig figur, som begreberne rektangel og trekant er specialiseringer af. Figur TrekantRektangel

18  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.18 Generelle attributter Hvilke variable er interessante for alle figurer? Alle figurer bliver tegnet med en farve Alle figurer behøver en skildpadde til at gøre det beskidte arbejde (i vores sammenhæng)

19  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.19 Generelle metoder Hvilke metoder giver mening for en figur? draw()? –Naturligvis, en figur kan tegnes –men…, vi ved jo ikke hvordan den tegnes. Hmm... erase() ? –En figur kan generelt slettes ved at tegne den igen på samme sted med baggrundsfarven move()? –Det at flytte en figur er en generel problemstilling: slet den og gentegn den det nye sted

20  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.20 Generalisering/nedarvning I Java specialisere man klasser vha. extends: “class” class-name “extends” superclass-name “{“ class-definition “}” class Triangle extends Shape { … } class SkilledTurtle extends Turtle { … }

21  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.21 Kært barn... … har mange navne trekant arver fra/er en specialisering af figur. Figur er superklasse for/en generalisering af trekant. Figur Trekant superklasse, ancestor, parent class subklasse, child class, nedarvet klasse inheritance, nedarvning, is-a

22  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.22 En generelt figur klasse Vi kan samle den generelle viden om figurer i en generel klasse (superklasse): –De skal have en farve, som vi skal gemme –De skal bruge en skildpadde til tegnearbejdet –De skal kunne konstrueres –De skal kunne tegnes –De skal kunne flyttes –De skal kunne slettes Og hvem ved, hvad de skal kunne om lidt? –skifte farve, rotere,...

23  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.23 En generel figur Shape Turtle t Color c figur(t,c) draw() move() erase() t:c: Color.green

24  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.24 Konstruktør protected Shape( Color color, TurtleWorld sandbox ) { t = new Turtle( sandbox ); t.penUp(); t.moveTo( 100, 100 ); t.penDown(); t.setColor( color ); }

25  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.25 move() public void erase() { t.setColor( Color.white ); draw(); t.setColor( c ); } public void move( int distance ) { erase(); t.move( distance ); draw(); }

26  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.26 draw() Ja, hvad stiller vi egentlig op med draw??? Den skal være defineret; ellers kan move og erase jo ikke kalde den… Men vi kan ikke tegne en figur, når vi ikke ved, hvorledes den ser ud... Svaret er at udstyre klassen med en abstrakt egenskab, “at kunne tegne sig selv”, uden at specificere en konkret fremgangsmåde

27  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.27 Abstrakt figur klasse abstract class Shape { protected Turtle t; protected Color c; protected Shape( Color color) { t = new Turtle(); c = color; t.penUp(); t.moveTo( 100, 100 ); t.penDown(); t.setColor( color ); } public abstract void draw(); public void move( int distance ) { erase(); t.move( distance ); draw(); } public void erase() { … } } Kontrakten angiver at en figur kan tegnes - men binder sig ikke til en konkret implementation

28  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.28 Abstrakte klasser Abstrakte klasser angiver at de implementerer metoder, som deres specialiserende klasser vil give mening. Derfor kan abstrakte klasser heller ikke instantieres: Shapes2.java:50: class Shape is an abstract class. It can't be instantiated. Shape f = new Shape( Color.black, sandbox );

29  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.29 Rektangel som specialisering class Rectangle extends Shape { private int w, h; public Rectangle( int width, int height, Color color) { super( color); w = width; h = height; } public void draw() { t.move(w); t.turn(90); t.move(h); t.turn(90); t.move(w); t.turn(90); t.move(h); t.turn(90); } Kald superklassens konstruktør

30  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.30 Brugseksempel Rectangle f = new Rectangle( 80, 30, Color.black); for ( int i = 0; i < 100; i++ ) { f.draw(); f.move( 2 ); } f er en reference til et objekt af klassen “Rectangle” som arver fra “Shape”. Metoden draw() er defineret i klassen “Rectangle” mens metoden “move” er arvet fra superklassen “Shape”.

31  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.31 trekant som specialisering class Triangle extends Shape { private int b; public Triangle( int basis, Color color) { super( color); b = basis; } public void draw() { t.move(b); t.turn(120); }

32  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.32 Brugseksempel Triangle f = new Triangle( 80, Color.red); for ( int i = 0; i < 100; i++ ) { f.draw(); f.move( 2 ); }

33  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.33 Polymorfi I objekt-orienterede sprog kan en reference, der er erklæret som værende af en klassebaseret type A, referere til objekter af klassen A eller en subklasse af A. Objektet er polymorf, det kan have “mange former”. Shape f; f = new Rectangle( 80, 30, Color.black, sandbox ); f = new Triangle( 80, Color.red, sandbox ); Den erklærede type (Shape) Den aktuelle type (Triangle)

34  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.34 Overskrivning En subklasse kan vælge at overskrive (override) de metoder, den har arvet fra dens superklasse. Derved specialiserer subklassen den opførsel/funktionalitet som superklassen tilbyder. En overskreven metode har nøjagtig samme prototype som en metode i superklassen (eller dens superklasse osv.) (prototype = navn, returtype, og parameterliste )

35  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.35 Metodekald (invokation) Når en overskreven metode kaldes, skal det afgøres hvilken en i hierarkiet, der faktisk kaldes: Den metode, der bliver kaldt afgøres af objektets aktuelle type; og ikke af den erklærede type: Det er den mest specialiserede metode i arvehierarkiet, set fra objektets aktuelle type, der kaldes. Intuitivt kan man forestille sig, at objektet søger efter metoden, først i sig selv og dernæst igennem superklasserne indtil den finder metoden; derefter kaldes den.

36  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.36 Overskrivning af draw() Shape f; f = new Rectangle( 80, 30, Color.black, sandbox ); f.draw(); f = new Triangle( 80, Color.red, sandbox ); f.draw(); Erklæret type “Shape” men Rectangle’s draw() kaldes Erklæret type “Shape” men Triangle’s draw() kaldes

37  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.37 Overskrivning af draw() Shape Turtle t Color c figur(t,c) draw() move() erase() Rectangle int w, h rectangle(w,h,t,c) draw() Triangle int b triangle(b,t,c) draw() f = new triangle( 80, Color.red, sandbox ); Turtle t Color c int b Triangle(b,t,c) Triangle.draw() Shape.move() Shape.erase() Klasse perspektiv Objekt perspektiv f:

38  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.38 Hvad med move??? shape f; f = new rectangle( 80, 30, Color.black, sandbox ); f.move(30); Shape Rectangle public void move( int distance ) { erase(); t.move( distance ); draw(); } draw() erase() move() draw()

39  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.39 Generelle metoder Én stor fordel er, at generelle figurmetoder kan specificeres een gang for alle: abstract class Shape {... // Rotation af figuren public void rotate( int angle ) { erase(); t.turn( angle ); draw(); }

40  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.40 Udvidelse Lad os lave en specialisering af rektanglet, nemlig et rektangel med et kryds i:

41  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.41 Klassehierarki Figur TrekantRektangel XRektangel

42  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.42 XRektangel class XRectangle extends Rectangle { … public void draw() { double hypo = Math.sqrt( w*w + h*h ); double angle = Math.acos( w / hypo ) * 180 / 3.1415; t.turn( angle ); t.move( hypo ); t.turn( 180-angle ); t.move( w ); t.turn( 180-angle ); t.move( hypo); t.turn( 180+angle ); t.move( w ); t.turn( 180 ); } super.draw(); Kald superklassens draw metode

43  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.43 super super fungerer som en reference til objektet selv, som om den var en instans af superklassen. Dermed starter “søgningen” efter en metode et niveau højere oppe i klassehierarkiet, men set fra det sted, hvor “super” optræder i klassehierarkiet.

44  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.44 super i konstruktør super bruges ofte i konstruktører idet et nedarvet objekt kan konstrueres ved at konstruere superobjektet og derefter konstruere ens specialiseringer. public rectangle( int width, int height, Color color) { super( color, sandbox ); w = width; h = height; }

45  Jens Bennedsen 2001Multimedie programmering10A.45 Object Object er implicit superklasse for alle klasser Derfor arver alle klasser automatisk: –String toString() –boolean equals(Object o)