Uke 6 INF1010, 5. februar 2008, Abstrakte klasser og grensesnitt (interface) Stein Gjessing Inst for Informatikk Univ. i Oslo

Transkript

1 Uke 6 INF1010, 5. februar 2008, Abstrakte klasser og grensesnitt (interface) Stein Gjessing Inst for Informatikk Univ. i Oslo

2 Abstrakte metoder og klasser Abstrakte metoder abstract før deklarasjonen av en metode betyr at metoden ikke inneholder noe program / kode ( ; istedenfor {... (eksempel neste side) ) Subklasser må da gi kode til denne metoden. Abstrakte klasser klasse med abstract før class kan (men må ikke) inneholde abstrakte metoder En klasse med en abstrakt metode må deklareres som en abstrakt klasse. Kan ikke lage objekter av abstrakte klasser (må vente til vi har en ikke-abstrakt subklasse) 2

3 Abstrakte metoder og klasser abstract class Ansatt { String navn; double timelonn; abstract double beregnbonus(); class Deltidsansatt extends Ansatt { double beregnbonus() { return 0; Ikke lov å si new Ansatt()! navn timelonn beregnbonus(); Subklassene arver på vanlig måte alle egenskapene fra den abstrakte superklassen Heltidsansatt objekt navn timelonn class Heltidsansatt extends Ansatt { int ansiennitetsfaktor; double beregnbonus() { return timelonn* ansiennitetsfaktor; beregnbonus(); ansiennitetsfaktor beregnbonus() Ellers helt som vanlige subklasser med polymorfi (virtuell metoder) 3

4 Pekere av abstrakte typer (selv om det ikke finnes slike objekter) Ansatt[ ] allepersoner Deltidsansatt objekt Heltidsansatt objekt navn timelonn beregnbonus(); navn timelonn beregnbonus(); beregnbonus() return 0; Deltidsansatt ansiennitetsfaktor beregnbonus() Heltidsansatt return timelonn* ansiennitetsfaktor 4

5 Når bruker vi abstrakte metoder og klasser? Abstrakte klasser En abstrakt klasse er en superklasse det ikke kan eller skal lages objekter av. Det er ikke lov å si new A() på den abstrakte klassen A. Abstrakte metoder Er en metode uten innhold (i en abstrakt klasse) ; istedenfor { Fordi det ikke gir mening å lage et innhold ((Noen ganger har vi tomme metoder istedenfor abstrakte)) Må lag en subklasse som tvinges til å gi koden Abstrakte metoder er alltid polymorfe En subklasse til en abstrakt klasse kan selv være abstrakt. 5

6 UML klassehierarki med abstrakt klasse Ansatt abstract 6

7 Arv I Java kan en klasse bare arve egenskapene til én annen klasse (en superklasse). Dette gjør språket sikrere å bruke Hva skal vi gjøre hvis vi ønsker at et objekt skal inneholde mange forskjellige egenskaper fra forskjellige superklasser? På de neste sidene: Begrepshierarkiet i et bibliotek 7

8 Motivasjon for nytt begrep (interface): Analyse av bibliotek Bøker, tidsskrifter, CDer, videoer, mikrofilmet materiale, antikvariske bøker, flerbindsverk, oppslagsverk, upubliserte skrifter, En del felles egenskaper antall eksemplarer, hylleplass, identifikasjonskode (Dokument) for det som kan lånes ut: Er utlånt?, navn på låner,... (TilUtlån) for det som er antikvarisk: Verdi, forskringssum,... (Antikvarisk) Spesielle egenskaper: Bok: Forfatter, tittel, forlag Tidsskriftnummer: Årgang, nummer, utgiver CD: Tittel, artist, komponist, musikkforlag Påde nestesidenebetyr En klasse i et subklassehierarki (og ikke en klassedatastruktur) 8

9 Tvilsomt begrepshierarki Forslag til subklassehierarki Dokument Bok CD Tidskrift UtlånbarBok IkkeLånbarBok UtlånbarCD IkkeLånbarCD Utlånbart Tidsskriftnr IkkeLånbart Tidsskriftnr 9

10 UtlånbartDokument Dokument Omrokkering uten suksess IkkeLånbartDokument BokU CDU TidsskriftnrUtl Bok CD Tidsskriftnr 10

11 interface TilUtlån Samle lik oppførsel: Interface (norsk: grensesnitt) class Dokument class Bok class CD class Tidskriftnr class UtlånbarBok class UtlånbarCD class Utlånbart Tidsskriftnr En klasse kan også tilføres et interface (i tillegg til arveegenskapene i klassehierarkiet) Dvs. en klasse kan spille to roller 11

12 Hva er et grensesnitt (interface)? En samling egenskaper (en rolle) som ikke naturlig hører hjemme i et arve-hierarki En samling egenskaper som mange forskjellige ting av forskjellige typer kan anta For eksempel Kan delta i konkurranse (startnummer, resultat,.. Mennesker, biler, hester kan delta i konk.) Svømmedyktig (mennesker, fugler er svømmed.) Her: Antikvarisk (møbler, bøker,. ) Kan lånes ut (biler, bøker, festklær, ) 12

13 Hva er et grensesnitt (interface)? Et interface likner en abstrakt klasse Alle metodene i en interface er abstrakte og polymorfe En interface inneholder ingen variable eller annen datastruktur (men kan ha konstanter) En klasse som arver egenskapene til et interface må selv putte inn kode i alle de abstrakte metodene (og deklarere passende variable som disse metodene bruker). En klasse kan arve egenskapene til mange grensesnitt (men bare en klasse) Å arve (en samling metoder) = å spille en rolle 13

14 interface TilUtlån Flere grensesnitt Verk Dokument interface Antikvarisk Bok CD Video Tidskriftnr UtlånbarBok AntekvUtlånbrCD IkkeLånbarCD Utlånbart Tidsskriftnr IkkeLånbartTids skriftnr AntikvariskBok Utlånbart, Antekvarisk Tidsskrift En klasse kan tilføres et ubegrenset antall interface-er Dvs. en klasse kan spille et ubegrenset antall roller Antikvarisk tidsskriftnr 14

15 Nytt eksempel Hvis vi ønsker at noen objekter også skal kunne spille rollene (ha egenskapene) Skatt og Miljø : Skatt interface Skatt { double toll( ) ; int momssats() ; toll ( ); momssats( ); interface Miljo { int co2utslipp ( ); boolean svanemerket ( ) ; Miljo co2utslipp( ); svanemerket( ); 15

16 Enkelt eksempel med bil-hierarkiet class Bil { String regnr; class Lastebil extends Bil { double lastevekt; Bil interface Skatt { double toll( ) ; int momssats() ; Skatt Lastebil interface Miljo { int co2utslipp ( ); boolean svanemerket ( ) ; Miljo 16

17 Tre nye klasser som kan spille mange roller Skatt Bil Miljo Lastebil Personbil MiljoBil LastebilMedSkattogMiljo Men metodene må (dessverre) skrives på nytt hver gang de brukes 17

18 Nytt Java-ord: implements (1) rollen (i arv) fra klassehierarkiet class Personbil extends Bil implements Skatt { int antpass; double momsgrunnlag = ; public double toll( ) { return momsgrunnlag * 0.5; public int momssats( ) {return 25; rollen Skatt class Bil { String regnr; Skatt Bil interface Skatt { double toll( ) ; int momssats() ; Personbil 18

19 Nytt Java-ord: implements (2) Rollene i (arv fra) klassehierarkiet class MiljoBil extends Personbil implements Miljo { int utslipp = 200; public int co2utslipp ( ) {return utslipp; public boolean svanemerket () { return false; rollen Miljo class LastebilMedSkattogMiljo extends Lastebil implements Skatt, Miljo { double innkjopspris = ; int utslipp = 400; public double toll( ) { return innkjopspris * 0.1; rollen Skatt public int momssats( ) {return 20; public int co2utslipp ( ) {return utslipp; rollen Miljo public boolean svanemerket () { return false; MiljoBil arver rollen Skatt fra Personbil Den rød-grønne regjeringen vil kanskje gjøre noe med det 19

20 En litt annen definisjon av MiljøBil class MiljoBil extends Personbil implements Miljo { int utslipp = 200; public int co2utslipp ( ) {return utslipp; public boolean svanemerket () { return false; public double toll( ) { return momsgrunnlag * 0.2; public int momssats( ) {return 10; Rollene Skatt i (arv fra) klassehierarkiet ny roll Miljo rollen Skatt forandres her Her arver MiljoBil rollen Skatt fra Personbil, men redefinerer virkningen av toll og momssats 20

21 Et objekt og noen pekere Bil minbil; new LastebilMedSkattogMiljø() Object obj; Lastebil minlast; LastebilMedSkattogMiljø denne; Skatt skatteobjekt; Miljo miljoting; regnr lastevekt toll ( ); momssats( ); Bil Lastebil rollen Skatt Hva kan vi se gjennom de forskjellige pekerene? Det er sant: Vi kan ha pekere av interface-type co2utslipp( ); svanemerket( ); utslipp innkjopspris rollen Miljo egne ting (og egen rolle) 21

22 Legg til metoder for å skrive ut på skjerm: class Bil { String regnr; void skriv(){ System.out.println( Registreringsnummer: " + regnr); class Lastebil extends Bil { double lastevekt; void skriv (){ super.skriv(); System.out.println("Lastevekt: " + lastevekt); 22

23 Skriv i LastebilMedSkattOgMiljo class LastebilMedSkattOgMiljo extends Lastebil implements Skatt, Miljo { double innkjopspris = ; int utslipp = 400; public double toll( ) { return innkjopspris * 0.1; public int momssats( ) {return 20; public void skrivskatt( ) { System.out.println("Innkjøpspris " + innkjopspris); public int co2utslipp ( ) {return utslipp; public boolean svanemerket () { return false; public void skrivmiljo( ) { System.out.println("Utslipp " + utslipp); (Som før) public void skriv( ) { System.out.println( Lastebil med skatt og miljø: "); super.skriv( ); skrivskatt(); skrivmiljo(); (Skatt og Miljo som før) Det er ikke naturlig at Skatt og Miljo skal kreve en skriv -metode 23

24 Bil minbil; Skriv i LastebilMedSkattogMiljo LastebilMedSkattogMiljø-objekt Object obj; Lastebil minlast; LastebilMedSkattogMiljø denne; Skatt skatteobjekt; Miljø miljøting; regnr skriv() lastevekt skriv() toll ( ); momssats( ); co2utslipp( ); svanemerket( ); public void skriv( ) { System.out.println ( Lastebil med skatt og miljø: "); super.skriv( ); skrivskatt(); skrivmiljo(); utslipp innkjopspris skrivmiljo() skrivskatt() skriv() (egne ting og) egen rolle 24

25 Tilbake til biblioteket Klassehierarki, forenklet bibliotek interface TilUtlån Dokument Bok CD BokTilUtlaan BokIkkeUtlaan CDTilUtlaan CDIkkeUtlaan 25

26 Forenklet bibliotek interface TilUtlån Bok Dokument abstract class Dokument { String tittel; abstract class Bok extends Dokument { String forlag; int trykningsår; BokTilUtlaan BokIkkeUtlaan Ordet abstract kan sløyfes før metodenavnet i et interface (det er jo helt opplagt) interface TilUtlaan { abstract void låne(string låner) ; abstract void levere() ; abstract boolean utlånt() ; static final String ingen = "ingen"; // Slutt interface TilUtlaan 26

27 BokTilUtlaan interface TilUtlaan BokTilUtlaan Bok Dokument BokIkkeUtlaan Bare disse to klassene kan vi lage objekter av class BokTilUtlaan extends Bok implements TilUtlaan { String låner = ingen; public void låne (String l) { låner = l; public void levere() { låner = ingen; public boolean utlånt() { return låner!= ingen; // Slutt class BokTilUtlaan BokTilUtlaan har både egenskapene til Bok og egenskapene til TilUtlaan. Objekter av denne klassen kan spille begge rollene! class BokIkkeUtlaan extends Bok { 27

28 Se på implementasjonen igjen: interface TilUtlaan { abstract void låne(string låner) ; abstract void levere() ; abstract boolean utlånt() ; static final String ingen = ingen"; Metodene i et interface er veldig polymorfe class BokTilUtlaan extends Bok implements TilUtlaan { String låner = ingen; public void låne (String l) { låner = l; public void levere() { låner = ingen; public boolean utlånt() { return låner!= ingen; Dette er de tre metodene som vi må love å implementere 28

29 interface TilUtlaan { abstract void låne(string låner) ; abstract void levere() ; abstract boolean utlånt() ; static final String ingen = ingen"; interface TilUtlån Dokument CD abstract class CD extends Dokument { String komponist, artist, musikkforlag; CDTilUtlaan CDIkkeUtlaan class CDTilUtlaan extends CD implements TilUtlaan { String låner = ingen; public void låne(string l) { låner = l; public void levere() { låner = ingen; public boolean utlånt() { return låner!= ingen; // Slutt class CDTilUtlaan Her er de tre metodene igjen class CDIkkeUtlaan extends CD { 29

30 Mer om grensesnitt (interface) Navnet på et Interface (grensesnitt) kan brukes som klassenavn når vi lager pekere (så vi på side 21) Vitsen med et grensesnitt er å spesifisere hva som skal gjøres (ikke hvordan) Det kan godt være flere implementasjoner av et grensesnitt (flere klasser kan implementere det). Vi vet: En klasse kan implementerer (flere) grensesnitt samtidig som klassen også er subklasse av (bare) en annen klasse. En implementasjon (av et grensesnitt) skal kunne endres uten at resten av programmet behøver å endres. Men selv om et grensesnitt skal spesifisere hva (og ikke hvordan), spesifiseres bare syntaksen (signaturen) og ikke hva som gjøres (semantikken) 30

31 Anta at vi skal lage et Dokumentregister i et bibliotek 4 BI JavaGently Addison-Wesley 1998 CU Favoritter Grieg Kyrkjebø Musikkforlaget ingen BU JustJava Sun 1998 Kari CI Favourites Wonder,Stevie Dion,Celine BMG Filformat: Først antall poster på filen For hver post: - dokumenttypen (BU, BI, CU eller CI) - tittel - Hvis Bok: forlag år - Hvis BokTilUtlån: Også låner - Hvis CD: komponist / artist / musikkforlag - Hvis CDTilUtlån: Også låner 31

32 Dokumentregister Innlesning DokumentRegister - objekt innfil antdok alledokumenter void lesfrafil() Dokument d = null; String dokumenttype; In innfil = new In( dokumentfil.txt ); antdok = innfil.inint( ); for (int i=1; i<=antdok; i++) { dokumenttype = innfil.inword( ); if (dokumenttype.equals("bu")) d = new BokTilUtlaan(); else if (dokumenttype.equals("bi")) d = new BokIkkeUtlaan(); else if (dokumenttype.equals("cu")) d = new CDTilUtlaan(); else if (dokumenttype.equals("ci")) d = new CDIkkeUtlaan(); d.lesfra(innfil); alledokumenter.put(d.tittel,d); // Slutt for Dokument Bok TilUtlaan BokTilUtlaan Dokument CD TilUtlaan CDTilUtlaan 32

33 utfil void skrivtilfil() Dokumentregister Utskrift DokumentRegister - objekt alledokumenter Dokument Bok TilUtlaan Dokument d = null; String dokumenttype; Out utfil = new Out( dokumentfil.txt ); utfil.outln(alledokumenter.size( )); for (Dokument d: alledokumenter.values()) { d.skrivtilfil(fil); d BokTilUtlaan Dokument CD TilUtlaan CDTilUtlaan HashMap<String,Dokument> alledokumenter; alledokumenter = new HashMap<String,Dokumenter> ( ); alledokumenter.values() 33

34 Metoden låne i DokumentRegister void låne() void låne() throws IOException { boolean utlånt() Dokument d = null; String h; void levere() System.out.print( Tittel: "); h = in.readstring( ); d = alledokumenter.get(h); if (d==null) System.out.println("Beklager, denne har vi ikke"); else if (d instanceof TilUtlaan) { TilUtlaan t = (TilUtlaan) d; Navn: t if (t.utlånt()) { System.out.println("Beklager, utlånt"); else { Type: TilUtlån System.out.print( Låners navn: "); String n = in.readstring( ); t.låne(n); // slutt kan lånes ut // Slutt if (d instanceof TilUtlaan) else System.out.println("Beklager, denne låner vi ikke ut"); // Slutt låne 34

35 Klasse- og interface-tilhørighet (igjen) Test med operatoren instanceof if (d instanceof TilUtlaan) p instanceof C Gir TRUE dersom p peker på et objekt av klassen C eller en subklasse av C, eller dersom p peker på en klasse som implementerer interfacet C d Bok Dokument d = alledokumenter.get(h); TilUtlaan t = (TilUtlaan) d; t ser bare TilUtlån-egenskapene! Endring med casting OK, dersom d spiller rollen TilUtlaan, dvs. er et objekt av en av klassene BokTilUtlaan eller CDTilUtlaan Object Dokument TilUtlaan BokTilUtlaan 35

36 leveretilbake i DokumentRegister void leveretilbake() { Dokument d = null; String h; System.out.print( Tittel: "); h = in.readstring( ); d = alledokumenter.get(h); if (d==null) System.out.println("Beklager, feil tittel"); else if (d instanceof TilUtlaan) { TilUtlaan t = (TilUtlaan) d; if (t.utlånt()) { t.levere(); System.out.println("Takk"); else System.out.println("Beklager, denne er ikke utlånt"); // Slutt if (d instanceof TilUtlaan) void låne() boolean utlånt() void levere() Navn: t Type: TilUtlån 36

37 Indre klasser Klasser i Java kan defineres inni hverandre. Objekter i den indre klassen kan referere til metoder og variable i sitt omsluttende objekt! + Lettvint + Skjuler implementasjon Flere feilmuligheter Du må altså opprette et objekt av den ytre klassen før du får lov til å lage objekter av den indre klassen (hvis ikke den indre klassen er static ) class Register { HashMap<String,Person> liste;... class Person { String navn;... void registrer() {... liste.put(navn,this);... // Slutt class Person... // Slutt class Register Ikke viktig i inf

38 Et utvalg fra Javas klassehierarki class Object { // Alle objekters mor boolean equals(object obj)... Object clone()... public final class String extends Object { public final class Math extends Object { public class Date extends Object { public abstract class Calendar extends Object { Alle klasser er subklasser av class Object. Hvis klassedeklarasjonen ikke har med extends, tolker kompilatoren det som extends Object public interface Map<K,V> {... public interface Collection<E> {... public interface Iterator<E> {... public abstract class AbstractMap<K,V> extends Object implements Map<K,V> {... public class HashMap <K,V> extends AbstractMap <K,V> implements Map <K,V>, Cloneable, Serializable { V get(object key) { void put (K key, V value) {... K: Key, E: Element, V: Value 38

39 class HashMap<K,V> class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { // Hemmelig datastruktur public void put(k key, V value) {... public V remove(object key) {... public V get(object key) {... Java har etter hvert mange klasser som kan brukes til å ta vare på objekter: Vector, ArrayList, Collection, HashMap HashSet, LinkedList, Stack, TreeSet, TreeMap,...) public boolean containskey(object key) {... public boolean containsvalue(object value) {... public int size( ) {... public Collection<V> values( ) {... // slutt class HashMap 39

40 class HashMap class HashMap extends AbstractMap implements Map, Cloneable, Serializable { // Hemmelig datastruktur public void put(object key, Object value) {... public Object remove(object key) {... public Object get(object key) {... public boolean containskey(object key) {... public boolean containsvalue(object value) {... public int size( ) {... public Collection values( ) {... Uten typer, bare med Object, blir det slik // slutt class HashMap 40

41 public interface Collection{ public int size();... HashMap og grensesnittet Collection class HashMap<K,V>... { <Hemmelig datastruktur> class Ukjent<V> implements Collection<V> {... public void put(k nokkel, V verdi ){ public Collection<V> values( ) { Ukjent<V> u = new Ukjent<V> ( ) ;... return u;... HashMap har altså sine egne implementasjoner av Collection som er hemmelig for oss utenfor, men siden alle metodene er kjent kan vi kalle på disse (på neste side) 41

42 Implementasjon av Collection void visalledokumenter() alledokumenter For (Dokument d: alledokumenter.values()) { d.vispaaskjerm(); // slutt for d Collection Ukjent-objekt Collection values() Class Ukjent Dokument-objekt 42

43 Grensesnitt (interface) enda en gang Et grensesnitt (interface) har bare metodenavn med parametre, men ikke kode (husk ;) konstanter (static final - eks static final int ANTALL = 4;) Bruker interface i steden for class før navnet Gir en type / rolle som andre må implementere class ABC implements ButikkSystem {...her gis kode for alle metodene i ButikkSystem... Meget nyttig, brukes mye ved distribuerte systemer og generelle programbiblioteker som Javas eget Ulempe: Koden/implementasjonen må gjøres mange ganger Mer generelt kjent under navnet ADT =Abstrakt DataType, Vi definerer hva en ny datatype skal gjøre, ikke hvordan dette gjøres. Det kan være mange mulige implementasjoner (=måter å skrive kode på) som lager en slik datatype. Hva som er beste implementasjon må avgjøres etter hvilken bruk vi har. 43

44 Legge i og ta ut av bokser Objektifisering og de-objektifisering For alle de primitive typene finnes det en tilsvarende klasse: Boolean Short Integer Long Character Double Float Byte boolean short int long char double float byte I tillegg til at vi kan lage objekter av klassene og legge primitive verdier inn i disse objektene, inneholder klassene (static) metoder som kan hjelpe til med å manipulere verdier av de forskjellige typene. For eksempel (linje er en String): double tall = Double.parseDouble(linje); Type: Double Navn: pipek Se i pakken java.lang Double klassedatastruktur Double valueof ( ) double parsedouble ( ) double doublevalue( ) Double klassedobjekt Type: double Navn: pitall 44

45 put og get i Map (Java api) Dette trenger vi i programmene på de neste sidene V put(k key, V value) Associates the specified value with the specified key in this map. If the map previously contained a mapping for the key, the old value is replaced Returns: the previous value associated with key, or null if there was no mapping for key. (A null return can also indicate that the map previously associated null with key.) V get(object key) Returns the value to which the specified key is mapped, or null if this map contains no mapping for the key Slik skal programmene virke: 45

46 Eksempel: Uten Automatisk objektifisering Lett modifisert fra eksempel på java.sun.com import java.util.*; // Prints a frequency table of the words on the command line public class Boks { public static void main(string [ ] args) { Map<String, Integer> m = new HashMap<String, Integer>(); // trenger bare Map-egenskapene til HashMap-en // m er tom til å begynne med! Integer objekt Integer(int i) 2 int intvalue( ) Type int 2 for (String word : args) { // for-each-løkken går gjennom hele tabellen Integer freq = m.get(word); if (freq == null) // da er ikke ordet sett før m.put(word, new Integer(1) ); // fekvensen er 1 første gang else m.put (word, new Integer (freq.intvalue() + 1) ); // øker frekv. med 1 freq Type Integer System.out.println(m); String tostring (int i) String tobinarystring (int i) Integer klassedatastruktur

47 Eksempel: Med Automatisk objektifisering Lett modifisert fra eksempel på java.sun.com import java.util.*; // Prints a frequency table of the words on the command line public class AutoBoks { public static void main(string [ ] args) { Map<String, Integer> m = new HashMap<String, Integer>(); // trenger bare Map-egenskapene til HashMap-en // m er tom til å begynne med! for (String word : args) { // for-each-løkken går gjennom hele tabellen Integer freq = m.get(word); if (freq == null) // da er ikke ordet sett før m.put(word, 1 ); // fekvensen er 1 første gang else m.put (word, freq + 1) ); // øker frekv. med 1 Type int 2 Integer objekt Integer(int i) 2 int intvalue( ) freq Type Integer System.out.println(m); String tostring (int i) String tobinarystring (int i) Integer klassedatastruktur