Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Informatica. Programmazione Orientata agli Oggetti

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1 Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Programmazione Orientata agli Oggetti OOP L

2 L7: Polimorfismo 2

3 What is Polymorphism? The ability to hide many different implementations behind a single interface Manufacturer A Manufacturer B Manufacturer C OO Principle: Encapsulation OOAD Using the UML - Architectural Design, v 4.2 Copyright Rational Software, all rights reserved G.Calavaro 3

4 Generalization: Implement Polymorphism Animal talk () Lion talk () Tiger talk () Without Polymorphism if animal = Lion then do the Lion talk else if animal = Tiger then do the Tiger talk end OOAD Using the UML - Architectural Design, v 4.2 Copyright Rational Software, all rights reserved G.Calavaro With Polymorphism do the Animal talk 4

5 Polimorfismo e sue varietà Def. Nei linguaggi di programmazione, un entità polimorfica è tutto ciò variabile, argomento di funzione che possa assumere valori di tipo differente lungo una computazione. Varietà di polimorfismo: Polimorfismo puro: si ha una sola funzione che può essere applicata ad argomenti di una varietà di tipi o classi. Negazione del Polimorfismo puro (Overloading, o P. ad hoc) : si ha quando si hanno tante funzioni omonime e dello stesso tipo quanti sono le diverse disposizioni di tipi di argomenti o quante sono le diverse ennuple di argomenti o tipi (Parametric Overloading) ovvero, a causa di restrizioni imposte dai vari linguaggi, quante sono le possibili diverse segnature di una funzione. 5

6 Polimorfismo e sue varietà Overriding Metodi differiti (Metodi astratti o virtuali puri) Generic e Template 6

7 Polimorfismo: la stessa cosa può assumere diverse forme a tempo di esecuzione. Binding dinamico vs. Polimorfismo Il polimorfismo si può esprimersi attraverso una azione combinata di binding dinamico e della relazione (statica!) di ereditarietà 7

8 Polimorfismo Per quanto già detto: In generale una sottoclasse può modificare i metodi ereditati dalla classe madre e aggiungerne di nuovi. Il metodo effettivamente invocato dipende dalla classe di appartenenza dell oggetto destinatario, determinabile a tempo di esecuzione Smalltalk: tutti i metodi possono essere ridefiniti C++, Object Pascal: solo quelli dichiarati virtual Java: ASSEGNO PER STUDENTE 8

9 Polimorfismo, OOP e Ricorsione La ricorsione è un aspetto chiave della programmazione basata su oggetti. Programmazione basata su polimorfismo e ricorsione s intrecciano continuamente. 9

10 Polimorfismo, OOP e Ricorsione Senza il polimorfismo bisognerebbe inserire CASE (SWITCH ) nel codice. Ciò avrebbe un impatto negativo enorme sulla manutenibiltà delle applicazioni. Per inserire, ad esempio, un nuovo insieme di comportamenti, non basterebbe inserire una nuova classe, una nuova schermata e una nuova linea icona in una precedente schermata: bisognerebbe aggiungere nuovo codice e nuovi valori di discriminazione negli SWITCH. 10

11 OOP vs. SWITCH In OOP gli SWITCH vanno limitati a casi banali. Ad esempio, solo un programmatore procedurale impiegherebbe SWITCH nella codifica di menu. 11

12 Polymorphism: Use of Interfaces vs. Generalization Interfaces support implementation-independent representation of polymorphism Realization relationships can cross generalization hierarchies Interfaces are pure specifications, no behavior Abstract base class may define attributes and associations Interfaces are totally independent of inheritance Generalization is used to re-use implementations Interfaces are used to re-use behavioral specifications Generalization provides a way to implement polymorphism OOAD Using the UML - Architectural Design, v 4.2 Copyright Rational Software, all rights reserved G.Calavaro 12

13 Polymorphism Via Generalization Design Decisions Provide interface only to descendant classes? Design ancestor as an abstract class All methods provided by descendent classes Provide interface and default behavior to descendent classes? Design ancestor as a concrete class with a default method Allow polymorphic operations Provide interface and mandatory behavior to descendent classes? Design ancestor as a concrete class Do not allow polymorphic operations OOAD Using the UML - Architectural Design, v 4.2 Copyright Rational Software, all rights reserved G.Calavaro

14 Esempio di applicazione del polimorfismo 14

15 Ricorsione in OOP Presentazione di una classe Menu Dinamicamente espandibile e riutilizzabile OOP Menu in C++ 15

16 Specifica di un problema (supporto a) CALCOLATRICE 0 MENU PRECEDENTE 1 AZZERA * 5 / 6 SISTEMI EQUAZIONI LINEARI 7 ALTRO Selezionare opzione Totale corrente > 25 16

17 (Cont.) Specifica di un problema (supporto a) SISTEMI EQUAZIONI LINEARI 0 MENU PRECEDENTE 1 METODI ITERATIVI 2 ALTRI METODI > 17

18 (Cont.) Specifica di un problema (supporto a) METODI ITERATIVI 0 MENU PRECEDENTE 1 Jacobi 2 Jacobi pesato 3 Gauss-Seidel 4 ALTRI METODI ITERATIVI > 18

19 C++ OOP Menu 19

20 C++ OOP Menu Opzione Menu Azione 20

21 C++ OOP Menu Opzione Menu Azione 21

22 Identificazione del Metodo richiesto. 22

23 Ricerca del metodo Consideriamo la seguente gerarchia Oggetto Grafico Cerchio Triangolo Rettangolo Rettangolo Pieno Descriviamo solo i metodi e le variabili di istanza di interesse trascurando altri metodi come costruttore e distruttore 23

24 class OggettoGrafico Variabili di istanza o mcentro Operazioni o Draw(); //disegna oggetto o Location (); //restituisce la locazione dell oggetto Class Cerchio: parent OggettoGrafico Variabili di istanza o mraggio Operazioni Ricerca del metodo o SetRaggio (); //valorizza mraggio o GetRaggio (); //restituisce il valore mraggio o Draw (); /*disegna il cerchio di raggio mraggio con centro mcentro */ 24

25 Ricerca del metodo Class Rettangolo: parent OggettoGrafico Variabili di istanza o mlatomaggiore, mlatominore Operazioni o SetLati (); //valorizza mlatomaggiore e mlatominore o GetLati (); restituisce il valore di mlatomaggiore e/o mlatominore o Draw (); disegna il rettangolo con centro mcentro con lati dati; Class Triangolo: parent OggettoGrafico // del tutto analogo a rettangolo con base e altezza Class RettangoloPieno: parent Rettangolo Variabili istanza o mcolor Operazioni o SetColor (): // valorizza il colore del riempimento o Draw () ; /*prima chiama il Draw del padre per disegnare lo shape e poi lo riempie con il colore mcolor*/ 25

26 Ricerca del metodo In un qualche punto del programma, in una operazione di una classe [o in una procedura libera, se permesso], ci sia il seguente frammento di codice: OggettoGrafico* Items[N]; for (i=0; i<n; i++) items[i]->draw(); Esso: disegna tutti gli oggetti collezionati in un array di (puntatori a) oggetti della classe base OggettoGrafico implica un binding dinamico del metodo Draw Il modo in cui viene fatto il binding a run-time dipende dalle caratteristiche e dalla specifica implementazione del linguaggio 26

27 Ricerca del metodo Smalltalk. Quando un client invia il messaggio Draw ad un item nella lista, vengono sviluppate le seguenti azioni o l oggetto item cerca il messaggio nel dizionario dei messaggi della sua classe o se lo trova, invoca il codice locale corrispondente o se non lo trova, la ricerca continua nella sua superclasse continuando fino alla classe base e se non lo trova restituisce un errore Il concetto di base è che Smalltalk non è tipato e il binding è fatto sempre e comunque a run-time (dynamic dynamicbinding). La chiave di questo algoritmo è il dizionario dei messaggi che fa parte della rappresentazione della classe quindi nascosta al client La superclasse è identificata dalla parola chiave super. Quindi cambia solo il punto da cui inizia la ricerca 27

28 Ricerca del metodo C++ e Object Pascal. In questi linguaggi è necessario dichiarare a priori, attraverso la parola chiave virtual, le operazioni per le quali è prevista una specializzazione e, dunque, un comportamento variabile da caso a caso, polimorfico. Il metodo Draw sarà quindi dichiarato virtual L implementazione viene fatta attraverso la vtable. Nel momento in cui viene inserita una classe derivata e un metodo viene ridefinito il tutto finisce nella tabella virtuale. 1)-(Da rivedere) Un oggetto che, per la sua classe di appartenenza, potrà con altri essere destinatario di un messaggio con fissata segnatura e, dunque, presentare ai mittenti un comportamento che allo stesso mittente apparirà come dipendente da caso a caso, polimorfico, appunto 2)- contiene gli entry point (indirizzo base della classe più offset) delle funzioni virtual più vicine nella gerarchia. 28

29 Tabella esempio Ricerca del metodo 29

30 Ricerca del metodo % C++ e Object Pascal. Si tratta, pertanto, di un static dynamic-binding, in quanto i possibili entry sono preparati staticamente e, quindi, il binding dinamico si traduce in una doppia referenziazione e basta. Il riferimento alla superclasse in C++ è ottenuto semplicemente anteponendo al metodo il nome della classe seguita da ::. Questa notazione può essere usata per qualsiasi predecessore non solo per la classe madre. 30

31 L8: Comparazioni 31

32 Polimorfismo => Flessibilità Nell esempio precedente è chiaro che se ci si dovesse accorgere che una delle classi derivate ha bisogno di una ulteriore specializzazione - quindi, di una ulteriore ridefinizione del metodo polimorfico - NON sarà necessario cambiare la porzione di codice che disegna tutti gli oggetti grafici. In generale NON bisognerà modificare gli oggetti clienti. 32

33 Classi astratte Data una gerarchia di classi secondo la relazione di ereditarietà, non è detto che si crei almeno un oggetto per ogni classe. Classi che NON POSSONO avere istanze, definite quindi con il solo scopo di essere derivate, sono dette Classi Astratte. 33

34 Vantaggi del Polimorfismo Attraverso il polimorfismo ottengo Flessibilità e manutenibilità del sistema. o Non e infatti necessario modificare un client se un server (inteso come classe base) viene ulteriormente specializzato 34

35 Svantaggi del Polimorfismo Il polimorfismo dà luogo a maggiori difficoltà in termini di: Comprensione del codice Individuazione del metodo incriminato in caso di difetto (testing e debugging) 35