Subtype Polymorphism. Conversioni di tipo. Conversioni di tipo. Subtyping. Conversioni di tipo. Interfacce e subtype polimorfismo

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1 Subtype Polymorphism Interfacce e subtype polimorfismo Tipi, sottotipi e conversioni di tipo Polimorfismo e dinamic dispatch Conversioni di tipo Variabile: locazione con un tipo associato Tipo della variabile determinato dal compilatore guardando la dichiarazione Una variabile di tipo reference contiene un riferimento ad un oggetto Oggetto: istanza di una classe Tipo dell oggetto: la classe che lo crea Determinato a run time Una variabile può assumere come valori riferimenti ad oggetti di classi diverse Conversioni di tipo È possibile assegnare un riferimento di tipo classe ad una variabile di tipo interfaccia purchè la classe implementi l interfaccia BankAccount account = new BankAccount(10000); Measurable x = account; // OK Coin dime = new Coin(0.1, "dime"); Measurable y = dime; // OK Conversioni di tipo La conversione è lecita solo in determinate situazioni Measurable x = new Rectangle(5, 10, 20, 30); // ERRORE Problema: Rectangle non implementa Measurable Subtyping Subtyping (<:) Una relazione che permette di decidere quando è legittimo convertire un tipo riferimento in un altro Chi decide cosa/quando è legittimo? il compilatore! Per il momento la regola è: T1 <: T2 sse T1 è una classe, T2 è una interfaccia T1 implementa T2. 1

2 Subtyping Principio di sostituibilità Un riferimento di un sottotipo può essere usato ovunque ci si aspetti un riferimento di un supertipo Le regole di sottotipo devono garantire la correttezza del principio di sostituibilità Subtyping La regola C <: I se C implementa I Principio di sostituibilità un riferimento di tipo C può sempre essere usato dove si attende un riferimento di tipo I E ragionevole perché se C implementa I, C definisce public tutti i metodi dichiarati da I Quindi tutti le invocazioni di metodo possibili per I sono supportate da C Subtyping e regole di typing Regola di assegnamento Un riferimento di tipo T1 si puo sempre assegnare ad una variabile di tipo T2 sse T1 <: T2 Un riferimento di tipo classe può sempre essere assegnato ad una variabile di tipo interfaccia (se la classe implementa l interfaccia) Regola di passaggio di parametri Un riferimento di tipo T1 si puo sempre passare per un parametro di tipo T2 sse T1 <: T2 Un riferimento di tipo classe può sempre essere passato per un parametro di tipo interfaccia (se la classe implementa l interfaccia) Domanda Data l implementazione generica della classe DataSet, che oggetti possiamo passare come argomento per x? public class DataSet public void add(measurable x) Risposta Qualunque istanza di una una classe che implementa Measurable Polimorfismo dynamic dispatch Una variabile di tipo interfaccia ha sempre come valore un riferimento di una classe che implementa l interfaccia Measurable x; x = new BankAccount(10000); x = new Coin(0.1, "dime"); 2

3 Polimorfismo dynamic dispatch Possiamo invocare ognuno dei metodi dell interfaccia: double m = x.getmeasure(); Quale metodo invoca? Polimorfismo dynamic dispatch Dipende dal riferimento corrente memorizzato nella variabile Se x riferisce un BankAccount, invoca il metodo BankAccount.getMeasure() Se x riferisce un Coin, invoca il metodo Coin.getMeasure() Polimorfismo (molte forme): il comportamento varia, e dipende dal tipo dinamico della variabile Domande 5. È impossibile costruire un oggetto di tipo Measurable.Perché? 6. Perché invece é possibile dichiarare una variabile di tipo Measurable? Risposte 5. Measurable è una interfaccia. Le interfacce non hanno campi o implementazione di metodo. 6. Perché Measurable è un tipo: la variabile non riferirà mai una istanza di Measurable, (le interfacce non hanno istanze) ma piuttosto oggetto di una qualche classe che implementa l interfaccia Measurable. Ancora un esempio Costruiamo una applicazione per disegnare un insieme di forme geometriche contenute in una componente grafico: definiamo GWin, una classe che descrive un contenitore di forme geometriche disegnate mediante una invocazione del metodo paint() per esemplificare, consideriamo due tipi di forme: Car e Smiley Forme grafiche class Car public void draw(graphics2d g) // Istruzioni per il disegno class Smiley public void draw(graphics2d g) // Istruzioni per il disegno 3

4 GWin Un contenitore di Cars e Smileys /** Una finestra che contiene un insieme Cars e Smileys */ class GWin /** Disegna tutte le forme di questo component */ public void paint() /* disegna su g */ /** Componente grafica su cui disegnare */ private Graphics2D g; Domanda Che struttura utilizziamo per memorizzare le forme contenute nella GWin? Come definiamo il metodo paint() in modo che disegni tutte le forme della componente? Risposte definiamo una nuova interfaccia: Shape interface Shape void draw(graphics2d g); Ridefiniamo le classi Car e Smiley in modo che implementino Shape Memorizziamo gli oggetti della componente in una ArrayList<Shape> Car e Smiley implementano Shape class Car implements Shape public void draw(graphics2d g) // Istruzioni per il disegno class Smiley implements Shape public void draw(graphics2d g) // Istruzioni per il disegno GWin Diagramma delle Classi Mantiene una ArrayList<Shape> class GWin private Graphics2D g; private ArrayList<Shape> shapes; // crea una GWin con un insieme di forme public GWin(Shape... shapes) Graphics2D g = new Graphics2D(); this.shapes = new ArrayList<Shape>(); for (Shape s:shapes) this.shapes.add(s); // disegna tutte le componenti della GWin public void paint() for (Shape s:shapes) s.draw(g); GWin Car Shape Smiley 4

5 Polimorfismo dynamic dispatch So long, for today Dynamic dispatch: Il metodo da invocare per rispondere ad un messaggio è deciso a tempo di esecuzione Dynamic dispatch in GWin class GWin private ArrayList<Shape> shapes; public void paint() // disegna tutte le componenti della GWin // il metodo invocato effettivamente da ogni // messaggio s.draw(g) dipende dalla classe // di cui s è istanza ed è deciso a runtime for (Shape s:shapes) s.draw(g);. Dynamic dispatch vs overloading Dynamic dispatch: Il metodo da invocare per rispondere ad un messaggio è deciso a tempo di esecuzione Notiamo bene Il metodo da invocare è deciso a runtime il compilatore decide se esiste un metodo da invocare Overloading: Nel caso esista più di un metodo, il compilatore decide staticamente il tipo del metodo da invocare Dynamic dispatch vs overloading Dynamic dispatch vs overloading interface I public String m(boolean b); public String m(double d); class A implements I public String m(boolean b) return A.m(boolean) ; public String m(double d) return A.m(double) ; class B implements I public String m(boolean b) return B.m(boolean) ; public String m(double d) return B.m(double) ; class Client public void static show(i x) // tipo del metodo invocato = m(boolean) // deciso dal compilatore staticamente // metodo invocato deciso dinamicamente // in funzione del tipo dell argomento // passato per x System.out.println( x.m(false) ); 5

6 Domanda Che cosa hanno in comune i meccanismi di overloading e di dynamic dispatch? In cosa sono diversi? Risposta Entrambi i meccanismi contribuiscono a decidono quale metodo eseguire in risposta ad un messaggio, ma Nell overloading scelta è relativa al tipo del metodo, ed è fatta in compilazione guardando il tipo dei parametri Nel dynamic dispatch la scelta è relativa al corpo del metodo, ed è fatta in esecuzione guardando il tipo dell oggetto che riceve il messaggio Subtyping e sostituibilità Principio di sostituibilità Un riferimento di un sottotipo può essere usato ovunque ci si aspetti un riferimento di un supertipo Le regole di sottotipo garantiscono la correttezza del principio di sostituibilità Tutti i metodi del supertipo devono essere implementati dal sottotipo Il sottotipi può avere anche altri metodi Subtyping e perdita di informazione Principio di sostituibilità Un riferimento di un sottotipo può essere usato ovunque ci si aspetti un riferimento di un supertipo Può causare perdita di informazione nel contesto in cui ci aspettiamo il supertipo, non possiamo usare solo I metodi del supertipo perdiamo la possibilità di utilizzare gli eventuali metodi aggiuntivi del sottotipo Car e Smiley implementano Shape class Car implements Shape public void draw(graphics2d g) public String brand() class Smiley implements Shape public void draw(graphics2d g) public String mood() Subtyping e perdita di informazione Consideriamo public static void printbrand(list<shape> l) for (Shape s : l) // stampa la marca di tutte le macchine di l //??? 6

7 Subtyping e perdita di informazione Certamente non possiamo fare così public static void printbrand(list<shape> l) for (Shape s : l) // stampa la marca di tutte le macchine di l System.out.println( s.brand() ); // TYPE ERROR! Permette di modificare il tipo associato ad una espressione ((Car)s).brand() Un cast è permesso dal compilatore solo se applica conversioni tra tipi compatibili Compatibili = sottotipi (per il momento) Anche quando permesso dal compilatore, un cast può causare errore a run time Se s non è un Car errore a run time Tipo statico e tipo dinamico di una variabile tipo statico: quello dichiarato tipo dinamico: il tipo del riferimento assegnato alla variabile (T)var causa errore in compilazione se T non è compatibile con il tipo statico di var in esecuzione (ClassException) se T non è compatibile con il tipo dinamico di var Shape s = new Car(); OK: Car sottotipo di Shape Car c = (Car) s Compila correttamente il tipo dichiarato di s è Shape Car e Shape sono compatibili Esegue correttamente s è un Car (il tipo dinamico di s è Car) Shape s = new Car(); OK: Car sottotipo di Shape Smiley c = (Smiley) s Compila correttamente il tipo dichiarato di s è Shape Smiley e Shape sono compatibili Errore a run time s non è uno Smiley Attenzione anche qui public static void printbrand(list<shape> l) for (Shape s : l) // ClassException se s instance of Smiley System.out.println( ((Car)s.)brand() ); 7

8 instanceof Permette di determinare il tipo dinamico di una variabile x istanceof T è true solo se x ha tipo dinamico T Quindi permette di evitare errori in esecuzione if (x instanceof T) return (T) x Questo, finalmente, è corretto public static void printbrand(list<shape> l) for (Shape s : l) if (s instanceof Car) System.out.println( ((Car)s.)brand() ); Esegue correttamente, perchè x è sicuramente un T Domanda Risposta E se volessimo disegnare solo le Shapes che sono Cars? // disegna tutte le Cars della GWin public void paint() for (Shape c:shapes) if (c instanceof Car) c.draw(g); 8