In questa lezione Polimorfismo (in Java) Tipo statico e tipo dinamico dei reference Binding dinamico (late binding) Casting (Upcasting e Downcasting) Operatore instanceof Polimorfismo con Object Polimorfismo I 3 meccanismi che caratterizzano un linguaggio object-oriented Incapsulamento (tipo di dato astratto, separazione fra interfaccia e implementazione) Ereditarietà (gerarchie di tipi e riuso) Polimorfismo 1
Gerarchie di tipi e polimorfismo Semantica IS_A In una gerarchia di tipi, il tipo più generale generale (sovra-tipo) rappresenta un astrazione di tutti i tipi che lo specializzano (sottotipi) Il Polimorfismo si basa sulla semantica IS_A delle gerarchie di generalizzazionespecializzazione definite attraverso i meccanismi di ereditarietà di Java Tipo statico Tipo dinamico Poligono p = new Rettangolo(); FiguraGeometrica f = new Ellisse(); FiguraGeometrica f = new Rettangolo(); Object o = new Triangolo(); Poligono p = new Ellisse(); Polimorfismo Polimorfismo = (letteralmente) molteplici forme In un programma Proprietà del codice di comportarsi diversamente in diversi contesti di esecuzione Realizzazione nei linguaggi OO Polimorfismo fra reference: usare una variabile reference per riferirsi a oggetti di tipo (tipo dinamico) diverso da quello dichiarato nel codice (tipo statico, noto a compile-time) Polimorfismo per inclusione: La corrispondenza fra tipi statici e dinamici è possibile nell ambito le gerarchie di tipi definite con il meccanismo di ereditarietà. Ovvero, i possibili tipi dinamici per un reference sono solo i sovra-tipi e sotto-tipi del tipo statico 2
Binding dinamico 1/2 (Vedi domanda nel codice sotto) public class Poligono extends FiguraGeometrica { public void disegna(){ ; //disegna un poligono public class Rettangolo extends Poligono { public void disegna(){ ; //disegna un rettangolo public class Triangolo extends Poligono { public void disegna(){ ; //disegna un triangolo public class Diagramma { public void inserisci(poligono p){ //Domanda: //Quale implementazione //del metodo disegna? p.disegna(); public static void main(string [] args){ //Corretto per polimorfismo: Poligono p1 = new Rettangolo(); //Corretto per polimorfismo: Poligono p2 = new Triangolo(); Diagramma d = new Diagramma(); d.inserisci(p1); d.inserisci(p2); Binding dinamico 2/2 Anche detto: late binding Il legame fra la definizione e l invocazione dei metodi non viene stabilito staticamente dal compilatore (compile-time), ma bensì dinamicamente a runtime Il compilatore non ha modo di stabilire quale implementazione del metodo disegna() deve chiamare: quella di Rettangolo, o quella di Triangolo, o quella di Poligono? Il tipo effettivo del parametro p è noto solo quando il metodo disegna viene invocato, cioè solo a runtime Tecnicamente: il compilatore non genera il codice per eseguire il metodo, ma genera codice che riconosce il tipo effettivo di p, cerca l implementazione giusta di disegna, e la esegue (dispatching) In Java, il binding è sempre dinamico!! NB: Il binding dinamico non è automatico in tutti i linguaggi di programmazione. Ad esempio in C++ viene abilitato inserendo la keyword virtual nella signature dei metodi 3
Ammissibilità compile-time del codice che usa il polimorfismo Nei linguaggi tipizzati il compilatore verifica l ammissibilità del codice in base ai tipi dichiarati (tipo statico) Ad esempio: le invocazioni di metodo ammissibili sono solo quelle ammissibili per il tipo statico dei reference Perché il polimorfismo sia possibile, il compilatore permette di assegnare fra loro reference di tipo diversi Casting = coercizione di tipo. Si impone al compilatore di considerare un dato (es. un reference) con tipo diverso da quello dichiarato In Java il casting è ammissibile in due forme: Up-casting (polimorfismo type-safe) Down-casting (polimorfismo type-unsafe) Upcasting 1/2 (Quale programma è corretto?) public class Diagramma { public void inserisci(poligono p){ p.disegna(); public static void main(string [] args){ Poligono p1 = new Rettangolo(); Poligono p2 = new Triangolo; Diagramma d = new Diagramma(); d.inserisci(p1); d.inserisci(p2); public static void main(string [] args){ Rettangolo r = new Rettangolo(); Triangolo t = new Triangolo; Diagramma d = new Diagramma(); d.inserisci(r); d.inserisci(t); Entrambi i programmi sono validi per il compilatore e producono il medesimo risultato!!! 4
Upcasting 2/2 Casting = coercizione di tipo Si impone al compilatore di considerare un dato (es. un reference) con tipo diverso da quello dichiarato Upcasting: coercizione di un tipo specializzato verso un tipo più generale (up = più in alto nella gerarchia di ereditarietà) In Java (e in generale nei linguaggi con polimorfismo) l upcasting viene garantito implicitamente dal compilatore. Per esempio (vedi programma slide precedente): Poligono p1 = new Rettangolo(); //Upcasting del risultato della chiamata new, che restituisce un reference di tipo Rettangolo, per l assegnamento a una variabile di tipo Poligono d.inserisci(r); //Upcasting del reference r di tipo rettangolo per il passaggio del parametro al metodo inserisci, che dichiara un parametro di tipo Poligono NB: dopo un upcasting, si possono invocare solo i metodi presenti nel tipo statico (si ricordi però il binding dinamico!!) NB: Upcasting è type-safe: ovvero i metodi invocabili per il tipo statico esistono sicuramente per qualsiasi tipo dinamico ammissibile Problemi con up-casting public class Poligono extends FiguraGeometrica{ public void disegna(){ ; //disegna un poligono public class Rettangolo extends Poligono { public void disegna(){ ; //disegna un rettangolo public double getbase(){ ; //restituisce la base public double getaltezza(){ ; //restituisce l altezza public class Diagramma { public void inserisci(poligono p){ p.disegna(); public static void main(string [] args){ Poligono p1 = new Rettangolo(); Diagramma d = new Diagramma(); d.inserisci(p1); double b = p1.getbase(); double a = p1.getaltezza(); System.out.println( Area = + b*a); Il compilatore segnalerebbe un errore. Qual è il problema? Non è possibile invocare getbase() e getaltezza() per un ref di tipo Poligono (p1) Messaggio di errore in compilazione: the method getbase() is undefined for the type Poligono 5
Downcasting (type-unsafe) Downcasting: coercizione di un tipo generale verso un tipo più specializzato (down = più in basso nella gerarchia di ereditarietà) In Java il downcasting è valido, ma deve essere dichiarato esplicitamente dal programmatore. NB: il compilatore si fida! public static void main(string [] args){ Poligono p1 = new Rettangolo(); Diagramma d = new Diagramma(); d.inserisci(p1); double b = ((Rettangolo) p1).getbase(); //Downcasting di p1 prima di getbase double a = ((Rettangolo) p1).getaltezza(); //Downcasting di p1 prima di getaltezza System.out.println( Area = + b*a); È responsabilità del programmatore usare il downcasting solo quando ha senso! Se la fiducia del compilatore è mal riposta (ovvero il programmatore effettua un downcasting sbagliato), potranno verificarsi errori a runtime! Errori runtime con Downcasting Downcasting è type-unsafe: in un programma che passa la compilazione, possono esserci errori nell uso dei tipi! Il seguente programma viene compilato correttamente ma fallisce a runtime (java.lang.classcastexception) public static void main(string [] args){ Poligono p1 = new Esagono(); Diagramma d = new Diagramma(); d.inserisci(p1); double b = ((Rettangolo) p1).getbase(); double a = ((Rettangolo) p1).getaltezza(); System.out.println( Area = + b*a); 6
Altri casting In Java, il casting di oggetti non primitivi è legale solo per classi legate in una gerarchia di ereditarietà ovvero solo Upcasting e Downcasting sono legali Un tentativo di effettuare un cast illegale viene segnalato come errore a compiletime Operatore instanceof Permette di testare il tipo dinamico dell oggetto associato a un reference Restituisce vero se il tipo del reference è compatibile con il tipo specificato void gestiscipoligono(poligono p){ if(p istanceof Rettangolo) ((Rettangolo) p).getbase(); else 7
Uso di instanceof: Qual è l output? class Parent { class Child extends Parent { public class Prova{ public static void main(string[] args){ String s = "Hello"; if(s instanceof java.lang.string) System.out.println( String ); else System.out.println( not Str"); s = null; if(s instanceof java.lang.string) System.out.println( String"); else System.out.println( not Str"); Child child = new Child(); if (child instanceof Child) System.out.println( Child"); if (child instanceof Parent) System.out.println( Parent"); Parent parent = new Parent(); if (parent instanceof Child) System.out.println( Child"); else System.out.println( Parent"); Polimorfismo con Object 1/3 In Java tutte le classi sono in relazione di ereditarietà con il tipo Object Ne consegue che: Upcasting (implicito) di un qualsiasi reference a Object è sempre possibile Dopo un upcasting a Object è possibile invocare solo i metodi definiti dalla classe Object (per esempio equals o tostring) ma ricordate il binding dinamico!! Downcasting (esplicito) di un reference di tipo Object a una qualsiasi classe è sempre accettato dal compilatore anche se ovviamente può produrre errori runtime nei casi in cui il tipo dinamico dell oggetto non fosse compatibile con la classe del casting 8
Polimorfismo con Object 2/3 public class Rettangolo extends Poligono { public String tostring(){ return Un rettangolo ; public double getbase(){ ; //restituisce la base public class Giallo extends Colore { public String tostring(){ return Colore giallo ; public class Main{ static void tracciaoggetto(object o){ String s = o.tostring(); System.out.println(s); public static void main(string [] args){ Rettangolo r = new Rettangolo(); Colore c = new Giallo(); tracciaoggetto(r); tracciaoggetto(c); Il programma è valido! Domanda: cosa viene stampato a video quando si esegue questo programma? Polimorfismo con Object 3/3 public class Rettangolo extends Poligono { public String tostring(){ return Un rettangolo ; public double getbase(){ ; //restituisce la base public class Giallo extends Colore { public String tostring(){ return Colore giallo ; public class Prova{ public void tracciaoggetto(object o){ String s = o.tostring()); System.out.println(s); double b = ((Rettangolo)o).getBase(); public static void main(string [] args){ Rettangolo r = new Rettangolo(); Colore c = new Giallo(); tracciaoggetto(r); tracciaoggetto(c); Il programma viene compilato correttamente, ma provoca un errore a runtime! Domanda: quale output si vedrà in fase di esecuzione del programma? 9
Il modo giusto di implementare equals equals viene sempre ereditato dalla classe Object con signature: public boolean equals(object otherobject){ Questo metodo va generalmente ridefinito (overridden) ma attenzione a non definire impropriamente un overload piuttosto che un override del metodo public class Persona { public boolean equals(persona p){ public class Persona { public boolean equals(object o){ Overloading di equals Overriding di equals Il modo giusto di implementare equals La ridefinizione di equals deve garantire che Il parametro passato non sia null Il parametro passato non sia di tipo diverso dall oggetto con cui deve essere confrontato Impementazione tipica: public boolean equals(object o){ if(this == o) return true; if(o == null)return false; if(getclass()!= o.getclass()) return false; Persona p = (Persona)o; //confronto fra this e p 10
Il metodo getclass() Metodo della classe Object È un metodo final, non può essere ridefinito Restituisce una rappresentazione del tipo dinamico dell oggetto Il risultato può essere confrontato con == o!= per determinare se due oggetti sono stati creati esattamente della stessa classe if(object1.getclass() == object2.getclass() Nessun binding dinamico per Metodi dichiarati static tali sono associati alle classi (e non agli oggetti) infatti non si invocano attraverso un reference, ma attraverso il nome della classe corrispondente il nome di una classe rappresenta un unico tipo (non c è differenza fra tipo statico e dinamico), quindi non è soggetto a polimorfismo 11
Nessun binding dinamico per Metodi dichiarati final tali metodi non possono essere ridefiniti nelle sottoclassi, quindi il binding dinamico non è necessario un metodo dichiarato final non può essere ridefinito (overridden) in una classe derivata: public class Triangolo { public final void metodo(){ public class TriangoloEquilatero extends Triangolo { public void metodo(){ //non valido ESERCIZI 12
Polimorfismo: esercizio 1 Si consideri il sistema informativo di un negozio di alimentari Realizzare una classe Prodotto e una gerarchia di classi che estendono prodotto: Biscotti, Verdura,... Ogni prodotto ha un prezzo che deriva dalla somma di costo fisso (che può differire di prodotto in prodotto) e un prezzo variabile in base a caratteristiche specifiche di ogni prodotto. Per i biscotti il prezzo specifico è 10 o 20 secondo che si tratti o meno della confezione grande ; Per la verdura il prezzo specifico dipende dal peso ed è di 5 per Kilo. Il prezzo dei prodotti è accessibile attraverso il metodo getprezzo. La descrizione di un prodotto è una stringa accessibile con il metodo tostring e ne include il prezzo Si realizzi la classe Ordine che memorizza il totale (int) di un ordinazione, man mano che si aggiungono dei prodotti attraverso il metodo aggiungiprodotto e memorizza la descrizione dell ordine facendo uso di un oggetto di classe Descrizione Un oggetto di tipo Descrizione incapsula una stringa ottenuta per concatenazioni successive delle rappresentazioni testuali degli oggetti passati al metodo append (che può ricevere oggetti di tipo qualsiasi). Si realizzi un caso di test che crea alcuni prodotti, li aggiunge a un ordine, stampa la descrizione dell ordine e verifica la correttezza del prezzo Si rifletta su quali punti del codice corrispondono a: invocazioni polimorfe con binding dinamico, upcasting o downcasting Polimorfismo: esercizio 2 (variabile di stato polimorfa) Si realizzi la classe Confezione secondo la seguente specifica: Ogni oggetto di tipo Confezione incapsula un altro oggetto che rappresenta il contenuto della confezione. Il contenuto deve poter essere un oggetto di tipo qualsiasi. Il metodo scarta restituisce l oggetto contenuto nella confezione e stampa una stringa che descrive tale oggetto Si realizzi un caso di test che inserisce in una confezione alcuni oggetti Prodotto (vedi esercizio precedente) e verifica il funzionamento del metodo scarta Domanda: si ipotizzi una gerarchia class Caramelle extends Prodotto in cui il metodo tostring definito nella classe Caramelle fa override del metodo tostring definito dalla classe Prodotto. Come si fa a fare in modo che il metodo scarta invochi il tostring di Prodotto (superclasse) quando il contenuto della confezione è un oggetto Caramelle (sottoclasse)? In particolare, si ragioni sulla possibilità (o meno) di usare upcasting esplicito a questo scopo? 13
Polimorfismo: esercizio 3 (downcast, instanceof) Si implementi una classe Cliente con un metodo acquisisci che riceve come parametro un oggetto di tipo Confezione. Sotto l ipotesi che l oggetto contenuto sia di classe Prodotto, ne restituisce il prezzo, altrimenti restituisce 0. Inoltre se l oggetto Prodotto è di tipo Caramelle, stampa a video il numero di caramelle nella confezione (si ipotizzi l esistenza della classe Caramelle e del metodo conta che restituisce il numero di caramelle) Si realizzi un caso di test che invoca acquisisci passando prima una Confezione che contiene un oggetto di classe Biscotti e poi una Confezione che contiene un oggetto di classe Caramelle Si realizzi un caso di test che invoca acquisisci passando una Confezione che contiene un oggetto di classe Descrizione Si simulino sul codice ottenuto alcuni casi in cui il downcast e l operatore instanceof falliscono staticamente (errore a compile time) Polimorfismo: esercizio 4 Si implementi una classe File che incapsula un array di byte. Il metodo getsize restituisce la dimensione (il numero di byte) dell oggetto File, e il metodo isbiggerthan restituisce true o false secondo che l oggetto File sia o non sia più grande di una data dimensione Si implementi una classe Folder che estende File e incapsula a sua volta un array di File (max 10). Il metodo aggiungifile permette di inserire un oggetto File nel folder fino al raggiungimento del numero massimo. Folder ridefinisce getsize come somma delle dimensioni dei file contenuti nel Folder Domande: in Folder è necessario ridefinire il metodo isbiggerthan? Come si rappresenzano progettualmente (in UML) le relazioni fra i File e i Folder secondo quanto definito nell esercizio? Si realizzi un caso di test che crea un Folder che contiene due File (da 100 e 5000 byte) e un ulteriore Folder vuoto, e verifica il funzionamento di getsize e isbiggerthan 14
Rappresentazione UML delle classi dell esercizio 4 File 0..* Folder Polimorfismo: esercizio 5 (polimorfismo con Object) Si implementi il metodo equals per le classi File e Folder dell esercizio precedentemente svolto, secondo l ipotesi che due File sono uguali se contengono esattamente gli stessi byte e due Folder sono uguali se tutti gli oggetti contenuti nello stesso ordine sono tutti uguali fra loro Si realizzi un caso di test che crea tre Folder: I primi due Folder contengono ciascuno due File: un File con 3 byte tutti di valore 1 e un File con 5 byte di valori 1, 2, 3, 4 e 5. Il terzo Folder è vuoto. Il test usa il metodo equals per confrontare i primi due Folder tra loro e il primo Folder con il terzo Folder, e verifica i risultati con asserttrue/assertfalse. Inoltre il test ripete il confronto tra i primi due Folder usando assertequals, senza invocare il metodo equals esplicitamente. Domande: l invocazione di assertequals causa l invocazione del metodo equals di Folder? Se sì, com è possibile che un metodo della libreria JUnit invochi il metodo equals implementato nell esercizio? 15
Polimorfismo: esercizio 6 (estensione di sistemi esistenti) Si personalizzi il framework AWT di Java (per la produzione di interfacce grafiche) attraverso un oggetto Label personalizzato: MyLabel. La personalizzazione deve garantire che il testo delle etichette di tipo MyLabel sia sempre concatenato con una stringa (ad esempio [Powered by ] ) qualsiasi sia il testo impostato attraverso il costruttore Suggerimento: si sfrutti l overriding del metodo gettext Si realizzi un caso di test che crea una Label (istanziata come oggetto di tipo MyLabel) e verifica il testo dell etichetta Si crei una semplice interfaccia (classe Frame) che visualizza un oggetto di tipo MyLabel 16