PROZE.3.Podstawy języka, cd. Programowanie obiektowe

Podstawy języka, cd

(programowanie obiektowe)

Krystian Ignasiak

K.Ignasiak@ire.pw.edu.pl

http://tiger.ire.pw.edu.pl/proze

Obsługa błędów

• Błędom nie sposób zapobiec…

• Błędy można obsłużyć (naprawić, zareagować

na nie…)

– W metodzie, w której je wykryto

– W metodzie, która wywołała metodę, w której je

wykryto:

• Zwracana wartość szczególna (np. 0, -1…)

• Zwracana wartość szczególna i ustawiana zmienna

globalna (np.

errno

)

• WYJĄTEK

Co to jest wyjątek ?

• Sytuacja nadzwyczajna, niezwykła,

wymagająca przywrócenia zwykłego stanu
programu

– Próba usunięcia nieistniejącego pliku
– Przekroczenie zakresu (indeksu) tablicy

– Przekroczenie zakresu (indeksu) tablicy
– Dzielenie przez zero, itp.

• Wyjątek jest obiektem klasy dziedziczącej po

klasie

java.lang.Throwable

• Dwie podklasy

– java.lang.Exception

– java.lang.Error

Obsługa wyjątków

• Unchecked (niekontrolowane,

nieweryfikowane)

– Ich klasy dziedziczą po:

java.lang.Error

java.lang.RuntimeException

– Nie muszą być jawnie złapane (obsłużone)

• Zwykle nawet nie powinny być obsługiwane

• Efektywność

• Checked (kontrolowane, weryfikowane)

– Wszystkie pozostałe…

– Muszą być gdzieś obsłużone

try – catch – finally

try {

// kod niebezpieczny

} catch(TypWyj

tku1 id1) {

// obsługa wyj

tków typu 1

} catch(TypWyj

tku2 id2) {

} catch(TypWyj

tku2 id2) {

// obsługa wyj

tków typu 2

} catch(TypWyj

tku3 id3) {

// obsługa wyj

tków typu 3

} finally {

// czynno

ci wykonywane zawsze

}

Wyjątki – przykład

int count = 0;

while (true) {

try {

if (count++ == 0) {

throw new ThreeException();

}

System.out.println("bez wyj

tku");

System.out.println("bez wyj

tku");

} catch (ThreeException e) {

System.err.println("ThreeException");

} finally {

System.err.println("zawsze");

if (count == 2) {

break;

}

Programowanie obiektowe (1)

• Pojęcia, zasady (czasem nazywane

paradygmatami)

– Klasa, obiekt

– Abstrakcja

– Kapsułkowanie (enkapsulacja, hermetyzacja,

ukrywanie)

– Dziedziczenie (rozszerzanie, generalizacja)

– Polimorfizm

Programowanie obiektowe (2)

• Programowanie proceduralne:

– Program jako zbiór procedur (funkcji)

realizujących określone zadania

– Brak wyraźnego – na pierwszy rzut oka –

powiązania pomiędzy funkcjami a danymi, z
których korzysta program

których korzysta program

• Programowanie obiektowe

– Program jako zbiór dynamicznie tworzonych

obiektów, które ze sobą współpracują

– Wyraźna zależność pomiędzy danymi

przechowywanymi w obiektach i metodach
manipulujących nimi

Programowanie obiektowe (3)

• Obiektowa analiza, projektowanie i programowanie

opierają się na naturalnych dla człowieka
mechanizmach

– Postrzeganie otaczającego świata jako zbiór obiektów:

człowiek, zwierzę, roślina, przedmiot…

• Nieustanna klasyfikacja obiektów

– Łączenie w grupy, często hierarchicznie, na podstawie

zauważonych podobieństw

• Klasyfikacja wg zmiennych zasad, zależnie od

przyjętych w danej chwili kryteriów

– Zbiór artykułów gospodarstwa domowego, można

podzielić w różny sposób na grupy, raz wg wagi
przedmiotu, a innym razem wg zastosowania, wymiarów,
materiału z którego zostały zrobione, kolorystyki itd.

Programowanie obiektowe (4)

• Główne zalety

– Zwiększenie przejrzystości kodu źródłowego –

staje się on bardziej zrozumiały i lepiej oddaje
logikę tworzonych programów

– Ułatwia i przyspiesza proces tworzenia aplikacji

• Możliwość powtórnego użycia (reuse) gotowych – i co

ważniejsze – sprawdzonych komponentów

• Tworzenie programu w języku obiektowym

(C++, Java…) nie jest jeszcze równoznaczne
z programowaniem obiektowym...

Pojęcie obiektu i klasy (1)

• Rzeczywisty obiekt zwykle jest rozumiany jako coś

materialnego

– Przykłady: drzewo, kamień, kałuża, pies, koń, ręka...

• Obiekt w programowaniu obiektowym to element,

którego istnienie jest logicznie uzasadnione i ma
określone znaczenie w modelu zastosowanym do
oprogramowania konkretnego problemu

– Obiektem może być wszystko co tylko daje się opisać i

przedstawić w postaci zbioru określonych cech (dane) i
zachowań (metody)

– Obiekt może – lecz nie musi – mieć swój rzeczywisty (tj.

materialny) odpowiednik

Pojęcie obiektu i klasy (2)

• Obiekt ma następujące cechy:

– Struktura – ilość i rodzaj informacji

przechowywanych w obiekcie

– Stan – aktualna zawartość atrybutów obiektu
– Tożsamość – każdy obiekt daje się jednoznacznie

zidentyfikować oraz odróżnić od innych obiektów

• Jeśli dwa obiekty są tej samej klasy i przechowują (w

danej chwili) dokładnie te same dane, to różnią się co
najmniej lokalizacją w pamięci komputera

– Zachowanie – czyli zbiór metod operujących na

obiekcie, jednakowy dla wszystkich obiektów w
ramach danej klasy

Pojęcie obiektu i klasy (3)

• Klasa – to wzorzec obiektów, szablon przy pomocy

którego tworzone są nowe obiekty; klasa określa
zbiór danych i metod, które będą mieć powstałe na
jej podstawie obiekty

• Intuicje:

– Foremki do ciastek; jedna foremka, czyli klasa = wiele

podobnych lub nawet jednakowych ciastek, czyli
obiektów

– Zapiszmy „definicję” książki:

• dokument z jakąś treścią, tytułem, autorem, określoną liczbą stron

weźmy do ręki dwie książki: książki są obiektami, a
zapisana definicja – klasą, czyli opisem ich
najważniejszych cech

Abstrakcja (1)

• Klasa nie musi uwzględniać wszystkich szczegółów

obiektów, powinna skupiać się na cechach istotnych
z punktu widzenia aplikacji

– Baza danych studentów na potrzeby uczelni nie musi w

obiektach klasy Student przechowywać wszystkich
możliwych informacji o studencie (obwód w pasie, numer

możliwych informacji o studencie (obwód w pasie, numer
buta, poziom cukru we krwi, liczba wypalanych
papierosów dziennie, liczba włosów na głowie...)

– Prawdopodobnie wystarczy imię, nazwisko, numer

indeksu, adres, lista ocen...

– Umawiamy się, że klasa Student opisuje tylko istotne

cechy studenta

Abstrakcja (2)

• Abstrakcja może być rozpatrywana również

w kontekście zachowań przypisanych do
danych klas (obiektów)

• Korzystanie z obiektu nie wymaga pełnej

wiedzy na temat sposobu, w który zostały

wiedzy na temat sposobu, w który zostały
zaimplementowane jego metody – zatem
abstrahujemy od szczegółów
implementacyjnych, a skupiamy się na
przeznaczeniu obiektu, na sposobie w jaki
można użyć obiektu w programie

Kapsułkowanie (1)

• Ukrywanie pewnych szczegółów

implementacyjnych, danych i metod obiektu

• Ukrywanie przed kim ? przed czym ?

– Czasem przed innymi programistami, którzy będą

korzystać z przygotowanych przez nas klas i obiektów, a
czasem przed pozostałymi elementami tej samej aplikacji

czasem przed pozostałymi elementami tej samej aplikacji

• Ułatwia podział pracy i pracę zespołową

– Graficy przygotowujący szatę graficzną dla sklepu

internetowego wcale nie muszą wiedzieć jakich
algorytmów używamy np. do obliczania rabatu, interesuje
ich tylko jak można odczytać wartość rabatu dla
konkretnego produktu i jak ją wyświetlić na stronie
WWW (interfejs)

Kapsułkowanie (2)

• Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że do obsługi

czasem bardzo skomplikowanych urządzeń (jak np.
telewizor, magnetowid) wystarczy krótka instrukcja
i np. pilot

• Nie potrzebna jest nam wiedza na temat konstrukcji

telewizora, ważne aby się włączał, wyłączał,
zmieniał kanały, zmieniał poziom głośności itd.

• Uproszczenie obsługi, ograniczenie liczby

dostępnych funkcji do niezbędnego minimum – te
czynniki zmniejszają ryzyko nieumyślnego zepsucia
urządzenia – to samo dotyczy tworzonego przez nas
oprogramowania !

Kapsułkowanie (4)

• Ma również sens w przypadku gdy całą aplikację

tworzy jeden programista:

– Umożliwia późniejsze wykorzystanie gotowych i

przetestowanych elementów w innych programach

– Zmniejsza ryzyko popełnienia błędu przy aktualizacji

danych przechowywanych w obiekcie

– Przykład: klasa KontoBankowe, z polami: stanKonta oraz

dostępneŚrodki, gdzie dostępneŚrodki = stanKonta + limit
kredytu; zmiana wartości pól stanKonta i dostępneŚrodki
musi odbywać się równocześnie ! dostępneŚrodki nie
mogą być wartością ujemną, przed czym również
zabezpieczy kapsułkowanie !

Kontrola dostępu

Modyfikator

TA
klasa

TEN
pakiet

Klasa
pochodna

wiat

zewnętrzny

public

protected

–

private

Klasa w Javie

• Jest definicją typu danych

• class NazwaTypu { /*

definicja

*/ }

• NazwaTypu nt = new NazwaTypu();

• Pola, atrybuty (fields, attributes)

– class Dane {

int a;

float b;

}

• Metody (methods, member functions)

– class Metody {

void metodaA(int b) { /*

definicja

*/ }

float metodaB(float f) { /*

definicja

*/ }

}

Cykl życia obiektów

• Obiekty tworzone są przy pomocy operatora

new

, którego argumentem jest nazwa klasy

• Cykl:

– Przydział pamięci
– Inicjalizacja (konstruktor)

– Inicjalizacja (konstruktor)
– Użycie (używanie) obiektu
– Zwolnienie pamięci

• W Javie nie dysponujemy niczym o

własnościach destruktora (w terminach C++),
którego należałoby użyć w parze w
konstruktorem

Przebieg inicjalizacji (1)

1. Przy pierwszym użyciu klasy, interpreter

lokalizuje plik z kodem klasy (.class) na
ś

cieżce ustawionej w zmiennej systemowej

CLASSPATH

2. Interpreter tworzy obiekt klasy

Class

2. Interpreter tworzy obiekt klasy

Class

opisujący ładowaną klasę i wykonuje
inicjalizacje statyczne

3. Kiedy tworzymy obiekt, interpreter

przydziela pamięć potrzebną do
przechowania atrybutów

Przebieg inicjalizacji (2)

4. Przydzielona pamięć jest zerowana, co

odpowiada domyślnym wartościom
atrybutów (zerowanie)

5. Jeśli definicja klasy przewiduje jawną

inicjalizację atrybutów – jest ona

inicjalizację atrybutów – jest ona
wykonywana

6. Wołany jest konstruktor

Inicjalizator statyczny

• Umożliwia wykonanie pewnych (statycznych)

czynności inicjalizujących w momencie ładowania
kodu klasy

• class Thing {

static private int counter;

static {

counter = 0;

}

public static int getCounter() {

return counter;

}
public Thing() { counter++; }

}

Domyślna inicjalizacja atrybutów

• Pamięć przydzielona obiektowi jest zerowana, co

odpowiada ustaleniu następujących wartości
atrybutów dla poszczególnych typów danych:

– boolean: false

– char: ’\u0000’

– byte: (byte)0

– short: (short)0

– int: 0

– long: 0L

– float: 0.0f

– double: 0.0d

– referencje:

null

Konstruktor

• Specjalna metoda, o nazwie identycznej z

nazwą klasy

• Konstruktor nie ma typu

• class Thing {

private int x;

Thing() { x = 12; }

Thing(int xx) { x = xx; }

}

• Konstruktor jest wołany po przydzieleniu

pamięci na obiekt i po zainicjowaniu pól

Konstruktor domyślny (default)

• Każda klasa ma zawsze co najmniej jeden

konstruktor

• Jeśli nie dostarczymy żadnego konstruktora,

kompilator wygeneruje konstruktor domyślny (bez
parametrów), jak w przykładzie:

– class Thing {

private int x;

}

– Równoważne:

class Thing {

private int x;

Thing() {}

}

Inicjalizacja – przykład

class Thing {

static int a = 8;

int b;

int c = 19;

Thing() { b = 33; }

}

Thing t = new Thing();

Obiekty osiągalne

Zbiór

referencji

głównych

Osi

gal

Nieosi

galne

Sterta

Odzyskiwanie nieużywanej pamięci

• Garbage collection

– Maszyna wirtualna utrzymuje tablicę referencji

do obiektów, np. licznik referencji

• Gdy obiekt jest nieosiągalny może zostać

usunięty z pamięci

– r = null;

– Wyjście z bloku, itp.

• Metoda

finalize()

– wołana, gdy

maszyna wirtualna zdecyduje się zwolnić
pamięć zajmowaną przez obiekt

Reguły finalizacji obiektów

• Obiekt może nigdy nie zostać usunięty

• Nie należy traktować finalizacji jak destrukcji

obiektu (w terminach C++)

• Proces garbage collection dotyczy tylko

odzysku nieużywanej pamięci

• Funkcja

System.gc()

• Wyjątki zgłoszone w ramach

finalize()

są pozostawiane bez obsługi – zatrzymują
jednak proces finalizacji tego obiektu

this

• Specjalna referencja (w metodach) na aktualny

obiekt (na rzecz którego wywołano metodę)

• W innym użyciu – odwołanie do innego

konstruktora

• class Klasa {

private int x;
Klasa() { x = 5; }

Klasa() { x = 5; }
Klasa(int x) { this.x = x; }
Klasa(double x) { this((int) x); }
Klasa increment() {

x++;
return this;

}

• this

nie jest dostępne w metodach statycznych

(funkcjach)

Metody statyczne (funkcje)

• Istnieją (tj. można się do nich odwołać)

pomimo braku instancji obiektu danej klasy

• class Leaf {

static void f() { ... }

}

Leaf.f();

Przykład – singleton

• Singleton to wzorzec programistyczny klasy

umożliwiającej utworzenie tylko jednego
obiektu tej klasy

• public class Singleton {

private static final Singleton

instance = new Singleton();

private Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {

return instance;

}

Przekazywanie przez wartość

• W Javie jedynym sposobem przekazywania

argumentów jest przekazywanie przez wartość
(argument nie może być zmodyfikowany w
metodzie)

• Jednak jeśli argumentem jakiejś metody jest obiekt,

referencja

to argumentem tym jest referencja do tego obiektu,
także przekazywana przez wartość

• Wynika z tego, że zawartość obiektu może być

zmodyfikowana wewnątrz metody, która otrzymuje
referencję, lecz sama referencja nie może być
zmodyfikowana

Kontrola dostępu

Modyfikator

TA
klasa

TEN
pakiet

Klasa
pochodna

wiat

zewnętrzny

public

protected

–

private

Dziedziczenie (1)

• Dziedziczenie (rozszerzanie, generalizacja,

inheritance) to tworzenie nowej klasy na
bazie już istniejącej

– Klasa nadrzędna (bazowa, podstawowa, nadklasa,

superclass)

– Klasa dziedzicząca (podrzędna, pochodna,

rozszerzająca, podklasa, subclass)

• Dziedziczy pola i metody klasy bazowej

• Może mieć dodatkowe pola i metody w stosunku do

klasy bazowej (rozszerzać listę atrybutów i metod)

• Może przedefiniowywać metody z klasy bazowej

(przesłanianie)

Dziedziczenie (2)

• Klasa Osoba oraz dwie klasy pochodne:

Student i Nauczyciel; diagram UML:

Osoba

+ imi

: String

+ nazwisko : String

• Klasy Student i Nauczyciel dziedziczą pola

imię i nazwisko z klasy Osoba; wnoszą też
własne atrybuty – czyli rozszerzają wiedzę o
obiektach tych klas

Nauczyciel

Student

+ numerIndeksu : int

+ tytułNaukowy : String

Dziedziczenie – przykład (1)

• public class Employee {

public String name = "";
public double salary;
public Date birthDate;
public String getDetails() {...}

}

• public class Manager {

public String name = "";
public double salary;
public Date birthDate;
public String department;
public String getDetails() {...}

}

Dziedziczenie – przykład (2)

• public class Employee {

public String name = "";
public double salary;
public Date birthDate;
public String getDetails() {
...

...
}

}

• public class Manager

extends Employee {

public String department;

}

Zasady dziedziczenia w Javie

• Dziedziczenie jednokrotne

• Podklasa dziedziczy wszystkie pola i metody

z nadklasy (z wyjątkiem elementów
prywatnych)

• Podklasa nie dziedziczy konstruktorów z

klasy bazowej (mimo, ze w procesie
inicjalizacji konstruktory klasy bazowej są
wołane)

Polimorfizm

• Zdolność posiadania wielu różnych form

– Referencja jest polimorficzna
– Wywołania metod w Javie są zawsze

polimorficzne !

• Obiekt ma tylko jedną postać (formę)

– Obiekt nigdy nie jest polimorficzny !

• Referencja może wskazywać na różne obiekty

(obiekty różnych typów):

Employee m = new Manager();
...
m = new Employee();

Polimorfizm – przykład

• public class Employee {

public String getDetails() {

return "Employee:" + name + ... ;

}

• public class Manager

extends Employee {

public String department;

public String getDetails() {

return "Manager:" + name + ... ;

}

Operator

instanceof

• public class Employee

extends Object

public class Manager extends Employee
public class Engineer extends Employee

• public void doSomething(Employee e) {

(e instanceof Manager) {

// obsługa obiektu Manager

} else if (e instanceof Engineer) {

// obsługa obiektu Engineer

} else
{ // obsługa obiektu Employee lub

// obiektów innych klas pochodnych
// od klasy Employee

}

Rzutowanie referencji

• public void doSomething(Employee e){

if (e instanceof Manager) {

Manager m = (Manager) e;

System.out.println(

”Manager of ” + m.getDepartment());

}

...

}

• Wyjątek

ClassCastException

Przeciążanie metod (overloading)

• Możliwość definiowania metod o

identycznych nazwach ...

• ... ale o różnych listach argumentów

• class Thing {

void f() { ... }

void f(int a) { ... }

void f(char x) { ... }

float f(float f) { ... }

void f(float f) { ... } //

le...

}

• Konstruktory także mogą być przeciążane

Kontrola dostępu

Modyfikator

TA
klasa

TEN
pakiet

Klasa
pochodna

wiat

zewnętrzny

public

protected

–

private