Ereditarietà. Unità 9. Domenico Daniele Bloisi. Corso di Programmazione e Metodi Numerici Ingegneria Aerospaziale BAER

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1 Corso di Programmazione e Metodi Numerici Ingegneria Aerospaziale BAER Domenico Daniele Bloisi

2 Docenti Metodi Numerici prof. Vittoria Bruni Programmazione prof. Domenico Daniele Bloisi Sito del corso Nota: %7E corrisponde alla tilde ~ Pagina 2

3 Orario delle Lezioni Lunedì Martedì Giovedì Venerdì Aula 15, Via Scarpa 14 Pagina 3

4 Informazioni Generali Ing. Domenico Daniele Bloisi, PhD Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Via Ariosto 25 (adiacente Piazza Dante, A fermate Manzoni, Vittorio Emanuele, Tram 3 fermata via Labicana) mailto:bloisi@dis.uniroma1.it Pagina 4

5 Sommario Modularizzazione e astrazione Definizione di classi Metodi e variabili di istanza Controllo di accesso Creazione dinamica di oggetti Ridefinizione degli operatori Progettazione di classi Overriding dei metodi e polimorfismo Pagina 5

6 Creazione dinamica di un'istanza della classe Come nel caso dei tipi di dati predefiniti, anche per le istanze di una classe si può utilizzare il meccanismo di creazione dinamica. Questo non comporta alcuna differenza per quanto riguarda la definizione della classe, ma soltanto per il programma cliente. Pagina 6

7 Esempi Persona *p = new Persona("Antonio","roma",30); cout << "nome: " << p->getnome() << endl; p->setresidenza("milano"); cout << "eta\': " << p->geteta() << endl; delete(p); L istanza della classe persona viene creata usando l allocazione dinamica tramite l operatore new. L oggetto dovrà essere esplicitamente rilasciato tramite l operatore delete. La definizione della classe non varia. Pagina 7

8 Accessibilità degli oggetti Persona *p1 = new Persona("Antonio","roma",30); Persona *p2 = new Persona("Paolo","roma",31); p1 = p2; L istruzione di assegnazione imposta il riferimento di p1 uguale a quello di p2 L area di memoria dell oggetto associato ad Antonio rimarrà allocata, ma non disponibile, per tutta l esecuzione del programma. Pagina 8

9 Accessibilità degli oggetti Persona p1("antonio","roma",30); Persona p2("paolo","roma",31); p1 = p2; Nel caso di allocazione statica, come nell esempio sopra, l operatore di assegnazione tra oggetti della classe (e non tra riferimenti) ha un significato diverso, cioè di copia della memoria Pagina 9

10 Ridefinizione di operatori In C++ è possibile ridefinire gli operatori del linguaggio =,==,+,<,>,<<,>> per specializzarli agli oggetti delle classi definite dall'utente. Per esempio, l operatore == ha un significato particolare per gli oggetti della classe string. Pagina 10

11 Uguaglianza tra oggetti Definizione dell operatore == per confrontare due persone Nel file Persona.h si aggiunge la dichiarazione dell operatore nella dichiarazione della classe. class Persona {... bool operator==(const Persona& B) const; }; Pagina 11

12 Uguaglianza tra oggetti Definizione dell operatore == per confrontare due persone Nel file Persona.cpp si implementa l operatore come segue. bool Persona::operator==(const Persona& B) const { return (nome == B.nome) && (residenza == B.residenza) && (eta == B.eta); } Pagina 12

13 Esempio Persona p1("luigi", "roma", 30); Persona p2("luigi", "roma", 30); if (p1 == p2) cout << "Sono uguali" << endl; else cout << "Sono diversi" << endl; stampa Sono uguali. Pagina 13

14 Copia di oggetti Per effettuare la copia di un oggetto si può ridefinire l operatore di assegnazione =. Nel file Persona.h si aggiunge la dichiarazione dell operatore nella dichiarazione della classe. class Persona {... const Persona & operator=(const Persona& B); }; Pagina 14

15 Copia di oggetti Per effettuare la copia di un oggetto si può ridefinire l operatore di assegnazione =. Nel file Persona.cpp si implementa l operatore come segue. const Persona& Persona::operator=(const Persona& B) { nome = B.nome; residenza = B.residenza; eta = B.eta; return B; } Pagina 15

16 Esempio Persona p1("luigi","roma", 30); Persona p2 = p1; if (p1 == p2 && &p1!= &p2) cout << "Oggetti distinti, " << "contenuto uguale" << endl; else cout << "Errore!!!" << endl; Pagina 16

17 Ridefinizione di altri operatori Definizione dell operatore di flusso di output per la classe Persona Nel file Persona.h si aggiunge la dichiarazione dell operatore nella dichiarazione della classe. class Persona {... friend ostream &operator<<(ostream &o, Persona &p); }; Pagina 17

18 Ridefinizione di altri operatori Definizione dell operatore di flusso di output per la classe Persona Nel file Persona.cpp si implementa l operatore come segue. ostream& operator<<(ostream &o, Persona &p) { o << "[" << p.nome << ", " << p.residenza << ", " << p.eta << "]"; return o; } Pagina 18

19 Note La parola chiave friend permette a classi o funzioni che non sono membri di una determinata classe l'accesso a dati privati di quella classe. L operatore << è in effetti una funzione globale (non membro della classe), ma è dichiarata all interno della classe e con il modificatore friend, in modo da consentire l accesso anche ai campi privati, che altrimenti non sarebbe possibile. Pagina 19

20 Note L operatore << effettua le operazioni su un flusso di output di tipo ostream, che può essere lo schermo (cout) o un file (oggetto ofstream) e restituisce lo stesso stream per effettuare successive operazioni di scrittura sullo stream. In questo modo si possono concatenare flussi di diverso tipo. Pagina 20

21 Esempio Persona p1("nicola","roma",30); Persona p2("sara","milano",20); cout << "p1 = " << p1 << endl; cout << "p2 = " << p2 << endl; stampa p1 = [Nicola, roma, 30] p2 = [Sara, milano, 20] Pagina 21

22 Altri aspetti della definizione delle classi parametro implicito this variabili e metodi statici Pagina 22

23 Il parametro this I metodi hanno tutti un parametro formale implicito standard denotato da this. Questo parametro denota l oggetto di invocazione. A fronte di una invocazione del metodo, this viene legato al riferimento dell oggetto di invocazione che quindi funge da parametro attuale. Il parametro this viene usato per accedere a variabili di istanza e ai metodi dell oggetto di invocazione. Pagina 23

24 Nota Si noti che in generale this può essere omesso: il linguaggio lo inserisce automaticamente ogni volta che utilizziamo una variabile di istanza o un metodo della classe. Pagina 24

25 Uso di this In alcuni casi, l'uso di this rende più leggibile il programma, mentre il suo uso è necessario in caso di omonimia delle variabili di istanza e delle variabili o dei parametri formali dichiarati nel metodo, come mostrato nell'esempio seguente. Persona::Persona(string const &nome, string const &residenza, int eta) { } this->nome = nome; this->residenza = residenza; this->eta = eta; Pagina 25

26 Variabili e metodi statici Le variabili statiche sono zone di memoria condivise da tutti gli oggetti della classe. I metodi statici sono metodi definiti all'interno della classe che sono invocati indipendentemente dagli oggetti delle classi e che non possono accedere alle variabili di istanza (in quanto non associati ad alcun oggetto), ma solo alle variabili statiche. Pagina 26

27 Definizione e accesso di campi statici Le definizione di campi (variabili e metodi) statici di una classe si effettua anteponendo la parola chiave static alla definizione del campo. L'accesso ai campi statici e effettuato con la sintassi nomeclasse::nomecampo Pagina 27

28 L ereditarietà nei linguaggi orientati agli oggetti consiste nella definizione di una classe che è una specializzazione di una classe già esistente: cioè di una classe che ha le stesse caratteristiche di una classe già esistente, ma alla quale si vogliono aggiungere delle nuove funzionalità (comportamenti) e/o nuove informazioni. Pagina 28

29 Invece di modificare la classe già definita, si crea una nuova classe derivata da essa. class Studente : public Persona {... }; Studente è una sottoclasse di Persona. Persona è una superclasse di Studente. Studente è una classe derivata dalla classe base Persona. Pagina 29

30 Una sottoclasse eredita tutti i metodi e le variabili di istanza della superclasse e, in più, può avere dei metodi e variabili di istanza specifici. Pagina 30

31 Esempio class Studente : public Persona { private: string facolta; public: Studente(string n, string r, int e, string f); string getfacolta(); }; Gli oggetti della classe Studente sono caratterizzati dalle proprietà ereditate dalla classe Persona e, in aggiunta, dalla facoltà a cui lo studente è iscritto. Pagina 31

32 Caratteristiche fondamentali delle classi derivate Tutte le proprietà (variabili di istanza e metodi) definite per la classe base vengono implicitamente definite anche nella classe derivata, cioè vengono ereditate da quest ultima. La classe derivata può avere ulteriori proprietà rispetto a quelle ereditate dalla classe base. Ogni oggetto della classe derivata è anche un oggetto della classe base e ciò implica che è possibile usare un oggetto della classe derivata in ogni situazione o contesto in cui si può usare un oggetto della classe base. Pagina 32

33 Costruttore di una classe derivata Studente::Studente(string n, string r, int e, string f) : Persona(n,r,e) // invoca il costruttore di Persona { facolta = f; } Pagina 33

34 Metodi e variabili ereditati Gli oggetti della classe Studente ereditano tutti i metodi e le variabili di istanza di Persona int main() { Persona *p = new Persona("Mario", "Roma", 50); cout << p->getnome() << p->getresidenza() << endl; Studente *s = new Studente("Anna", "Roma", 23, "Lettere"); cout << s->getnome() << s->getresidenza() << s->getfacolta() << endl; } Pagina 34

35 Compatibilità Oggetti delle classi derivate sono compatibili con gli oggetti delle classi base (non il viceversa). int main() { Persona *p = new Persona("Mario", "Roma", 50); Studente *s = new Studente("Anna", "Roma", 23, "Ingegneria"); Persona *pp; Studente *ss; pp = s; //OK! Studente è compatibile con Persona ss = p; //ERRORE! Persona non è compatibile con Studente cout << pp->getnome(); // OK cout << pp->getresidenza(); // OK cout << pp->getfacolta(); // ERRORE! getfacolta non è un // metodo di Persona } Pagina 35

36 Compatibilità tra parametri attuali e formali Quanto visto a proposito delle regole di compatibilità tra superclasse e sottoclasse si applica anche al passaggio dei parametri void stampapersona(persona* p) { cout << p->getnome() << p->getresidenza() << endl; } void stampastudente(studente* s) { cout << s->getnome() << s->getresidenza() << s->getfacolta() << endl; } Pagina 36

37 Compatibilità tra parametri attuali e formali int main() { Persona *p = new Persona("Mario", "Roma", 50); Studente *s = new Studente("Anna", "Roma", 23, "Ingegneria"); stampapersona(p); stampapersona(s); stampastudente(p); stampastudente(s); } stampastudente(p); è errata in quanto p non è compatibile con Studente. Pagina 37

38 Overriding di metodi Si dice che si e fatto overriding (letteralmente "sovrapposizione") di un metodo m() quando nella sottoclasse di definisce un metodo m() avente esattamente la stessa segnatura del metodo m() della superclasse. Pagina 38

39 Overriding: esempio class Persona {... void stampa(); virtual void stampav(); }; void Persona::stampa() { cout << nome << " " << residenza << " " << eta << endl; } void Persona::stampav() { cout << nome << " " << residenza << " " << eta << endl; } Pagina 39

40 Overriding del metodo stampa class Studente : public Persona {... void stampa(); virtual void stampav(); }; void Studente::stampa() { cout << getnome() << " " << getresidenza() << " " << geteta() << " " << facolta << endl; } void Studente::stampav() { cout << getnome() << " " << getresidenza() << " " << geteta() << " " << facolta << endl; } Pagina 40

41 Funzioni virtual Quando una classe derivata eredita da una classe base, un oggetto della classe derivata può essere considerato sia come appartenente alla classe base sia come appartenente alla classe derivata. Se c è overriding di un metodo, la chiamata risulta ambigua. Se una funzione viene definita virtual nella classe base, allora la funzione della classe derivata sarà chiamata (se esiste). Se non è definita virtual, sarà invocata la funzione della classe base. Pagina 41

42 Esempio di cliente int main() { Persona *p = new Persona("Mario", "Roma", 50); Studente *s = new Studente("Anna", "Roma", 23, "Ingegneria"); p->stampa(); s->stampa(); p->stampav(); s->stampav(); } Pagina 42

43 Output Mario Roma 50 Anna Roma 23 Ingegneria Mario Roma 50 Anna Roma 23 Ingegneria Pagina 43

44 Polimorfismo L overriding di metodi porta ad avere polimorfismo, ovvero la presenza di metodi con la stessa segnatura che si comportano in modo diverso all interno di una gerarchia di classi. Pagina 44

45 Esempio int main() { Persona *p = new Persona("Mario", "Roma", 50); Studente *s = new Studente("Anna", "Roma", 23, "Ingegneria"); Persona *ps = s; // OK per le regole di //compatibilità p->stampa(); s->stampa(); ps->stampa(); //??? cosa stampa??? ps->stampav(); //??? cosa stampa??? } Pagina 45

46 Output Mario Roma 50 Anna Roma 23 Ingegneria Anna Roma 23 Anna Roma 23 Ingegneria Pagina 46

47 Gerarchia di classi Una classe può avere molte sottoclassi. Per esempio, è possibile definire una sottoclasse PersonaEsperta di Persona i cui oggetti rappresentano persone esperte in una data materia, dove la materia di cui sono esperti è una proprietà specifica della classe. Una sottoclasse di una classe può avere a sua volta sottoclassi. Per esempio, la classe Studente derivata da Persona può avere una sottoclasse StudenteLavoratore. É possibile quindi creare delle gerarchie di classi attraverso varie derivazioni. Pagina 47