Tecnologie dell'informazione e della Comunicazione

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1 Tecnologie dell'informazione e della Comunicazione Capitolo 11 Classi e Oggetti Prof. Mauro Gaspari: gaspari@cs.unibo.it

2 Definire nuovi tipi? Abbiamo visto diversi tipi di dato strutturati: stringhe liste tuple dizionari È possibile definirne dei nuovi, che magari siano specifici per particolari applicazioni?

3 Tipi di dato Astratti Che caratteristiche hanno i tipi di dato visti fino ad ora: contengono informazioni (scalari/strutturate) ci sono un insieme di operazioni predefinite che sono le uniche che accedono all'implementazione del dato. l'utente non è a conoscenza di come sono realizzate internamente queste operazioni (sono incapsulate). Le operazioni si possono utilizzare con una certa tranquillità, senza conoscere i dettagli di come sono realizzate (information hiding). Un tipo di dato che ha queste proprietà si chiama tipo di dato astratto (=abstract data type).

4 Tipi di dato definiti dall'utente Buoni tipi di dato definiti dall'utente dovrebbero avere le caratteristiche dei tipi di dato astratti. Ovvero: implementazione nascosta. un insieme di procedure e funzioni che accedono al dato che sono le uniche che accedono al dato.

5 Un esempio: il punto Concetto di punto in matematica. In uno spazio bidimensionale un punto è rappresentato da due numeri, le coordinate, che vengono trattate insieme come un singolo oggetto. Esempio di notazione matematica: (0,0) origine (x,y) rappresenta un punto con coordinate x e y.

6 Come realizzare un punto in Python? Si potrebbe rappresentare con due numeri floating-point. Sarebbe però opportuno raggrupparli in un singolo oggetto. lista tupla Una soluzione può essere meglio dell'altra a seconda dell'applicazione. Ad esempio se si vuole trovare dei punti che possono essere modificati è meglio utilizzare le liste.

7 Esempio Realizzazione di un punto come lista. Definizione della funzione muovi, che sposta il punto. >>> punto = [0,0] >>> def muovi(p,x,y)... p[0] = x... p[1] = y... >>> muovi(punto,4,5) >>> punto [4,5]

8 Osservazioni Una volta scelta la rappresentazione si realizzano le operazioni che operano sui punti, ad esempio la funzione muovi. Però il punto così definito non è un tipo di dato astratto, ovvero non: Posso usare altre funzioni sul punto, ad esempio len. È facile definire altre operazioni che accedono alla struttura interna del punto. Posso addirittura modificare la struttura senza rendermene conto. Il tipo (type) non risulta essere punto ma lista.

9 Esempio >>> len(punto) 2 >>> type(punto) <type 'list'> >>> punto[1:1] = [5,6] >>> punto [4, 5, 6, 5] >>>

10 Le classi Python, come altri linguaggi di programmazione, fornisce dei meccanismi ad alto livello per creare tipi di dato definiti dall'utente che siano più vicini ai tipi predefiniti. Questi tipi si definiscono con il concetto di classe (= class). class Point: def init (self, x, y): self.x = x self.y = y

11 Le classi Queste definizioni possono apparire in qualsiasi punto del programma ma di solito è opportuno inserirle all'inizio dopo i comandi import. Le regole sintattiche per definire le classi sono simili a quelle degli altri tipi composti. La definizione crea una nuova classe. Quando si crea una classe Point si crea anche un nuovo tipo chiamato Point. I membri di questa classe sono detti istanze del tipo creato oppure oggetti.

12 La funzione init : un metodo. La funzione init definisce come inizializzare i membri della classe, si chiama anche metodo (= method) perché può essere invocata solo sugli elementi della classe. la variabile self si riferisce all'oggetto che sto creando, per convenzione deve essere il primo argomento del metodo; la classe Point a due attributi x e y; le notazioni self.x e self.y indica gli attributi dell'oggetto (la notazione è simile a quella dei moduli).

13 Istanze o Oggetti Per creare le istanze della classe Point si usa una funzione costruttore denominata Point, che invoca in modo trasparente la funzione init blank = Point(0,0) Alla variabile blank viene assegnato un riferimento al nuovo oggetto.

14 Osservazioni La creazione di un oggetto si dice istanziazione. La funzione init potrebbe non esserci. In tal caso si creano oggetti senza attributi. Questi potrebbero essere aggiunti in seguito. Per rendere più chiara la struttura dei programmi che contengono nuovi tipi. Si consigli di utilizzare sempre la funzione init e di inserire tutti gli attributi di una classe in questa funzione.

15 Esempio >>> blank.x 0 >>> blank.y 0 >>> blank < main.point instance at 0xb7f75c2c> >>> >>> type(blank) <type 'instance'> >>>

16 Esempio Posso modificare gli attributi di un oggetto: >>> blank.x = 3.0 >>> blank.y = 4.0

17 Esempio La notazione con il punto si usa anche per accedere agli attributi. >>> print blank.y 4.0 >>> x = blank.x >>> print x 3.0 NB. non c'è conflitto tra la x variabile e quella nell'oggetto che è un attributo.

18 Stampare un oggetto >>> blank < main.point instance at 0xb7f75c2c> # si stampa il riferimento in esadecimale def printpoint(p): print '(' + str(p.x) + ', ' + str(p.y) + ')' NB. un oggetto può essere passato come parametro. Come nel caso delle liste si passa il riferimento.

19 Valori di default Alle funzioni è possibile dare valori di default. Lo stesso si può fare con i metodi. def stampasempre(x=0):... print x... >>> stampasempre(1) 1 >>> stampasempre() 0

20 Esempi def find(str, ch): index = 0 while index < len(str): if str[index] == ch: return index index = index + 1 return 1 def find(str, ch, start=0): index = start while index < len(str): if str[index] == ch: return index index = index + 1 return 1

21 Una definizione migliore di Punto class Point: def init (self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y def str (self): return '(' + str(self.x) + ', ' + str(self.y) + ')' def muovi(self,a,b): self.x = a self.y = b

22 Esempio >>> p = Point(3, 4) >>> str(p) '(3, 4)' NB: str overrides il comportamento standard di str >>> p = Point(3, 4) >>> print p (3, 4) La print su un oggetto chiama str.

23 Uno script con la classe Point class Point: def init (self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y def str (self): return '(' + str(self.x) + ', ' + str(self.y) + ')' def muovi(self,a,b): self.x = a self.y = b b = Point(4,5) b.muovi(6,7) print(b) NB. Gli oggetti sono mutabili!

24 Quando due oggetti sono uguali? Si è già discusso in precedenza del concetto di uguaglianza tra elementi in Python. In genere il concetto di uguaglianza può essere definito in modi diversi. Ad esempio Abbiamo la stessa macchina non significa di solito che la macchina in questione sia lo stesso oggetto, ma piuttosto che la marca e il modello sono gli stessi. Se si dice invece Abbiamo la stessa Mamma allora si tratta ella stessa persona.

25 Quindi? L'idea di uguaglianza dipende dal contesto. Anche con gli oggetti nei linguaggi di programmazione c'è lo stesso tipo di ambiguità. Per esempio se si dice che due punti sono uguali: Contengono le stesse coordinate? Sono lo stesso oggetto (stesso id).

26 Esempio >>> p1 = Point(3,4) >>> p2 = Point(3,4) >>> p1 == p2 0 >>> p2 = p1 >>> p1 == p2 1

27 Tipi di equivalenza L'equivalenza su gli oggetti si dice anche equivalenza superficiale (= shallow equality) perchè confronta solo i riferimenti agli oggetti e non il contenuto. L'equivalenza che si basa invece sul contenuto degli oggetti si definisce equivalenza profonda (=deep equality).

28 Esempio Definizione di una deep equality sui punti. samepoint(p1, p2) : return (p1.x == p2.x) and (p1.y == p2.y)

29 Programmazione basata su oggetti La programmazione vista fino ad ora si chiama basata su oggetti (=object based). Un programma è costituito da un insieme di definizioni di classi e di operazioni sugli oggetti di queste classi. Cosa vuol dire allora orientato agli oggetti (=object oriented)?

30 Un oggetto rettangolo class Rectangle: def init (self,width,height,x,y): self.corner = Point(x,y) self.width = width self.height = height box = Rectangle(100.0,200.0,0.0,0.0) NB. in questo modo abbiamo incluso un oggetto dentro un altro.

31 Oggetti composti Gli oggetti composti si accedono concatenando diversi operatori punto: >>> print box.corner.x

32 Esempio istanze come valori restituiti def findcenter(box): p = Point() p.x = box.corner.x + box.width/2.0 p.y = box.corner.y + box.height/2.0 return p >>> center = findcenter(box) >>> printpoint(center) (50.0, 100.0)

33 Copiare oggetti Anche gli oggetti come le liste hanno il problema dell'aliasing. Spesso conviene copiare oggetti per evitare il rischio di modifiche indesiderate. Python fornisce il modulo copy proprio per questo. >>> import copy >>> p1 = Point(3,4) >>> p2 = copy.copy(p1) >>> p1 == p2 0 >>> samepoint(p1, p2) 1

34 Osservazioni Attenzione la funzione copy.copy (ovvero la funzione copy nel modulo copy) realizza uno shallow copyng.

35 Esempi def growrect(box, dwidth, dheight) : box.width = box.width + dwidth box.height = box.height + dheight Per esercizio fare una funzione moverect che sposta il rettangolo.

36 Osservazioni Se uso shallow copy ma growrect funziona bene mentre la moverect sposterebbe entrambi i triangoli. Fortunatamente il modulo copy fornisce una funzione deepcopy che copia completamente un oggetto deferenziando (seguendo) i riferimenti che trova.

37 Esempi >>> b2 = copy.deepcopy(b1) # a questo punto b1 e b2 sono oggetti # completamente separati def growrect(box, dwidth, dheight) : import copy newbox = copy.deepcopy(box) newbox.width = newbox.width + dwidth newbox.height = newbox.height + dheight return newbox