Linguaggi ad oggetti (object oriented) LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE: PARADIGMI DI PROGRAMMAZIONE. Programmazione ad oggetti

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1 LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE: PARADIGMI DI PROGRAMMAZIONE Anno Accademico Alberto Martelli Programmazione ad Oggetti Parte I Linguaggi ad oggetti (object oriented) I linguaggi di programmazione ad oggetti consentono di applicare metodologie di sviluppo di programmi "object oriented", ossia basate sugli oggetti (dati) che il sistema software manipola. Questa metodologia si contrappone a quella più tradizionale di sviluppare un programma secondo un approccio funzionale. Es. di strutturazione funzionale di un compilatore: leggi il programma e produci una sequenza di token fai l'analisi sintattica dei token e produci un albero sintattico fai l'analisi semantica genera il codice a partire dall'albero sintattico A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 2 Programmazione ad oggetti I principali linguaggi ad oggetti In molti casi l'organizzazione ad oggetti risulta la più naturale perché rispecchia in modo diretto il mondo che si vuole rappresentare: - simulazione (automobili, semafori, aerei, ) - software grafico (finestre, bottoni, menu, ) Simula - progettato nel capostipite dei linguaggi ad oggetti Smalltalk - linguaggio ad oggetti "puro" - linguaggio "dinamico" non c'è controllo statico dei tipi Progetto object oriented di software: costruzione di sistemi software come collezioni strutturate di implementazioni di tipi di dati astratti (B. Meyer) C++ - linguaggio "ibrido" - garantisce la compatibilità con il C Java - il più recente. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 4 Java 1 Le caratteristiche principali di Java Object oriented: progettato per essere un linguaggio ad oggetti, anche se meno puro di Smalltalk Robusto non ci sono puntatori garbage collection Interattivo costrutti per la concorrenza Java 2 Indipendente dall'architettura il compilatore genera codice intermedio (bytecode) che viene interpretato Applicazioni su internet applet sicurezza Ambiente ricco di tipi di dati predefiniti grafica programmazione su internet accesso a database.. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 5 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 6 1

2 Oggetti Un oggetto rappresenta un dato, ed è costituito da stato: collezione di variabili comportamento: collezione di operazioni (metodi) Esempio - contatore STATO METODI void iniz(int i) inizializza il contatore a i void incr() incrementa il contatore di 1 void decr() decrementa il contatore di 1 int val() restituisce il valore del contatore Incapsulamento I dati e le procedure che li manipolano sono raggruppati in un unica entità, l oggetto. Il mondo esterno ha accesso ai dati solo tramite un insieme di operazioni (metodi) che costituiscono l interfaccia dell oggetto. I dettagli dell implementazione sono nascosti (INFORMATION HIDING) Un oggetto realizza una ASTRAZIONE DEI DATI Nota: i metodi sono procedure (funzioni). Usiamo la sintassi del C. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 7 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 8 Contatore Tabella void iniz(int i ) void incr( ) void decr( ) int val( ) void iniz(int i ) {c=i; void incr( ) {++c; void decr( ) {--c; int val( ) {return c; void iniz( ) void ins(int x) boolean trova(int x) Variabili e metodi privati INTERFACCIA IMPLEMENTAZIONE INTERFACCIA CONTATORE IMPLEMENTAZIONE La tabella può essere implementata con array o con strutture dinamiche (liste o alberi), ma il comportamento non cambia per l'utente. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 9 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I Invio di messaggi 1 Un programma è costituito da un insieme di oggetti. Gli oggetti sono dinamici - creati e distrutti durante l'esecuzione del programma. Un oggetto A, per agire su un altro oggetto B, invia un messaggio a B chiedendogli di eseguire uno dei metodi della sua interfaccia. A B esegui il metodo m1 finestra Invio di messaggi 2 invia valore di c display contatore c Lo scambio di messaggi è l'unico modo di comunicare tra oggetti. bottone 1 bottone 2 bottone esegui incr A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 11 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 12 2

3 Invio di messaggi invio di messaggio = invocazione di un metodo In Java, e altri linguaggi, si usa la notazione con il punto oggetto.metodo(...) int x,y;.incr();.decr(); x =.val(); y =.val(); x ha valore 4 e y ha valore 9 Oggetti come record Un oggetto può essere visto come un record (struttura) esteso, i cui campi possono essere variabili (come in C o Pascal) e funzioni (metodi). contatore1 c iniz codice di iniz incr codice di incr decr codice di decr val codice di val contatore2 c iniz codice di iniz incr codice di incr decr codice di decr val codice di val A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 1 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 14 Invio di messaggi 4 In un linguaggio tradizionale, per eseguire una operazione su un dato, dovremmo passare il dato come parametro: incr() iniz(, ) Nella programmazione ad oggetti, invece, l'oggetto su cui si esegue una operazione non viene passato come parametro, perché figura già come destinatario del messaggio (può essere considerato come un parametro implicito).incr().iniz() Classi I più diffusi linguaggi ad oggetti sono basati sul concetto di: CLASSE = insieme di oggetti con struttura e comportamento simili La classe definisce un tipo. Istanza di una classe = oggetto della classe. Istanze Classe Contatore A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 15 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 16 Classi in Java 1 Una classe realizza l'implementazione di un tipo di dato astratto. In Java: void iniz(int i) {c = i; void incr() {++c; void decr() {--c; int val() {return c; Classi in Java 2 Per realizzare information hiding si usano le parole riservate public - interfaccia private - implementazione private public void iniz(int i) {c = i; public void incr() {++c; public void decr() {--c; public int val() {return c; Per il momento trascuriamo questo aspetto e supponiamo che tutti i campi siano pubblici. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 17 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 18

4 Variabili private private public void iniz(int i) {c = i; public void incr() {++c; public void decr() {--c; public int val() {return c; Si noti che, se la variabile c fosse public, il metodo val sarebbe inutile: per conoscere il valore di un contatore cont basterebbe usare cont.c Tuttavia è buna norma di programmazione impedire l accesso diretto alle variabili di un oggetto, dichiarandole private. Come si crea un'istanza new Contatore() crea un nuovo oggetto di tipo Contatore e ne restituisce il puntatore (reference). Tutti gli oggetti sono allocati dinamicamente (nello heap) e sono manipolati attraverso un puntatore (assegnamento, passaggio di parametri) La memoria occupata dagli oggetti non più raggiungibili viene recuperata dal garbage collector. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 19 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 20 Puntatori Allocazione dinamica 1 In Java non esistono puntatori espliciti Contatore cont; Fino a quando non si esegue una new, la variabile cont non è associata a nessun oggetto. Viceversa in C++ si può dichiarare sia Contatore ; sia Contatore *; è associato ad un contatore creato "staticamente". è associato ad un contatore creato dinamicamente (vedi Java). Contatore, ; A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 21 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 22 Allocazione dinamica 2 Allocazione dinamica Contatore, ; = new Contatore(); = new Contatore();.iniz();.iniz(); Contatore, ; = new Contatore(); = new Contatore();.iniz();.iniz(); = ; HEAP Questo oggetto non è più accessibile. Può essere recuperato dal garbage collector. HEAP A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 2 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 24 4

5 Come si inizializza un oggetto Si può chiamare esplicitamente un metodo di inizializzazione: Contatore ; = new Contatore();.iniz(); L'inizializzazione di un oggetto è una operazione molto importante. Java (e C++) forniscono la nozione di costruttore, che consente di inizializzare automaticamente un oggetto al momento della creazione. Costruttori Contatore(int i) {c = i; void incr() {++c; void decr() {--c; int val() {return c; L'oggetto viene inizializzato al momento della creazione, invocando automaticamente il costruttore. Contatore = new Contatore(); crea un contatore e lo inizializza a. costruttore A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 25 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 26 Overloading dei costruttori Contatore() {c = 0; Contatore(int i) {c = i; void incr() {++c; void decr() {--c; int val() {return c; Ci sono 2 costruttori diversi, individuati dal numero e tipo degli argomenti. Contatore = new Contatore(); //iniz. a 0 Contatore = new Contatore(5); //iniz. a 5 Overloading dei metodi Overloading: metodi diversi possono avere lo stesso nome. I metodi "overloaded" si distinguono uno dall'altro in base alla lista dei tipi degli argomenti. Contatore() {c = 0; Contatore(int i) {c = i; void incr() {++c; void incr(int n) {c += n; void decr() {--c; int val() {return c; A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 27 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 28 this Come può un oggetto mandare un messaggio a se stesso, ossia invocare un proprio metodo? Con la parola chiave this (self in Smalltalk) class A {... void p() {... void m() {... this.p();... this come costruttore this da solo indica un costruttore della stessa classe Contatore(int n) {c=n; Contatore() {this(); void incr() {++c; void decr() {--c; int val() {return c; chiama il costruttore con un argomento (inizializza il contatore a ) In alcuni casi this è indispensabile si può anche scrivere solo p() this viene aggiunto dal compilatore A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 29 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 0 5

6 Variabili e metodi di classe 1 E' possibile definire variabili ( o metodi) associate ad una classe, condivise da tutte le istanze di quella classe. In Java sono individuate dalla parola chiave static class Conta { static int numcontatori = 0; Conta(int i) {c = i; ++numcontatori; void incr() {++c; void decr() {--c; int val() {return c; classe Conta numcontatori 2 Variabili e metodi di classe 2 c 5 c 8 Le variabili di classe sono visibili da tutte le istanze della classe. Sono variabili globali (per tutte le istanze di una classe). A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 1 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 2 Variabili e metodi di classe Una classe può essere considerata come un oggetto che viene allocato staticamente (all'inizio dell'esecuzione del programma) Le variabili ed i metodi di classe (static) sono accessibili attraverso il nome della classe int x,y; Conta cont = new Conta(); cont.incr();... x = cont.c; y = Conta.numContatori; Programmi in Java Un programma in Java è una collezione di classi. Una di queste deve contenere un metodo main. L'esecuzione inizia dal main. class Esempio { public static void main(string arg[]) { System.out.println("questo è un esempio"); Il metodo main deve essere statico, perché altrimenti bisognerebbe creare un oggetto della classe Esempio prima di poterlo eseguire. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 4 Come si esegue un programma Si crea un file <nome_file>.java contenente una o più classi C1, C2, e lo si compila. : javac <nome_file>.java Il compilatore crea un file.class in codice intermedio (bytecode) per ogni classe: C1.class, C2.class,... Si chiama l'interprete sulla classe che contiene il main (Es. C1) : java C1 L'interprete alloca questa classe e comincia ad eseguire il main. A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 5 Un programma completo Contatore(int n) {c=n; void incr() {++c; void decr() {--c; int val() {return c; class UsaCont { public static void main(string arg[]) { Contatore cont = new Contatore(5); cont.incr(); System.out.println("valore =" + cont.val()); : javac <nome_file>.java : java UsaCont A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 6 6

7 Tipi di dato primitivi Java fornisce diversi tipi semplici primitivi. A differenza di altri linguaggi, la dimensione dei tipi numerici è fissata per consentire la portabilità dei programmi. byte 8 bit short 16 bit int 2 bit long 64 bit float 2 bit double 64 bit char 16 bit (Unicode) boolean Contatore cont; cont = new Contatore(); int x = ; I tipi semplici non sono oggetti cont x I tipi semplici, come ad es. gli interi, non vengono allocati dinamicamente nello heap, a differenza di altri linguaggi "puri" come Smalltalk. HEAP A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 7 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 8 Array in Java Gli array in Java sono oggetti che vengono allocati dinamicamente. La dimensione è fissata al momento della creazione. Contatore cont[]; oppure Contatore[] cont; int num_giorni[]; oppure int[] num_giorni; cont = new Contatore[]; num_giorni = new int[12]; Contatore cont[]; cont Array 1 L'interprete controlla che gli indici siano sempre nell'intervallo specificato al momento della creazione. Es. num_giorni[1] darà errore a "runtime". A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 9 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 40 Contatore cont[]; cont = new Contatore[]; Array 2 Contatore cont[]; cont = new Contatore[]; cont[0] = new Contatore(); Array cont cont contatore A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 41 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 42 7

8 Stringhe La libreria standard fornisce una classe predefinita String. String s1 = "Buon"; String s2 = "giorno"; String saluto = s1 + s2; concatenazione La stringa saluto ha valore "Buongiorno" La classe String contiene numerosi metodi: String s = saluto.substring(0,4) //s ha valore "Buon" Stringhe Le stringhe sono immutabili. Non ci sono metodi per cambiare un carattere in una stringa: occorre creare una nuova stringa. String s = "salve"; se vogliamo sostituire la e con una a String s = s.substring(0,4) + "a"; oppure String s = "salva"; int n = saluto.length() // n vale A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 4 A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 44 s.equals(t) Uguaglianza di stringhe restituisce true se le due stringhe s e t sono uguali, false altrimenti. String s = "salve"; String t = "salve"; s.equals(t) // dà true non va bene usare l'operatore == s == t // darebbe false perché i valori di s e t sono due oggetti diversi, anche se hanno lo stesso valore A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 45 Classi generiche class TabellaDiInt { int n; int a[]; TabellaDiInt(int dim) { a = new int[dim]; n = 0; boolean ins(int x) { if (n >= a.length-1) return false; else { n++; a[n] = x; return true;... Questa classe definisce tabelle di interi. Una tabella di contatori o di qualunque altro oggetto sarebbe fatta allo stesso modo. Sarebbe utile un costrutto che consentisse di definire tabelle di qualunque tipo di oggetti (come si può fare con gli array) (classi generiche) A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 46 Classi parametriche (generiche) class Tabella(class C) { int n; C a[]; Tabella(int dim) {... boolean ins(c x) { In Java non è possibile definire classi generiche. Vedremo che si può ottenere un effetto simile con l'ereditarietà. In C++ si possono usare i template. Il parametro C della classe indica il tipo degli elementi della tabella A. Martelli - Paradigmi Progr. ad oggetti I 47 8