Lab07 - Dziedziczenie i polimorfizm w języku Java

Zadnie f(-2). Dziedziczenie

Dziedziczenie jest jednym z podstawowych mechanizmów programowania obiektowego. Mechanizm ten umożliwia definiowanie nowych klas na bazie istniejących. Słowo dziedziczenie kojarzy się nam z życia codziennego z przejmowaniem przez jedną osobę majątku po drugiej osobie. Analogia w języku Java nie jest bardzo daleka. Dziedziczenie oznacza tu przejmowanie przez jedną klasę metod i zmiennych z innej klasy. Dziedziczenie jest w języku Java mechanizmem wszechobecnym i niezwykle potężnym. Prawie każda klasa – a mówiąc precyzyjniej każda klasa z wyjątkiem klasy java.lang.Object – dziedziczy z jakiejś innej klasy, każda bowiem klasa dziedziczy w sposób niejawny ze wspomnianej klasy Object.

Co dziedziczymy z klasy Object? Kilka metod, a wśród nich metodę equals(…), która służy do sprawdzania równości obiektów. Cóż z tego? Ano chociażby to, że możemy każdy obiekt dowolnego typu porównać z każdym innym każdego dowolnego typu za pomocą dokładnie tej samej metody. Kolejną metodą którą dziedziczymy z klasy Object jest metoda toString(). Metoda ta zwraca tekstową reprezentację obiektu. Ta sama metoda zwraca tekstową reprezentację każdego obiektu, niezależnie od jego typu.

Zobaczmy teraz na przykładzie, w jaki sposób deklarujemy dziedziczenie i w jaki sposób metody zdefiniowane w nadklasie są dziedziczone przez podklasę. Zdefiniujmy wpierw klasęProduct, która mogłaby opisywać aktykuły które sprzedajemy w implementowanym przez nas sklepie internetowym. Klasa ta ma jedną metodę, która zwraca cenę towaru i metodę do przypisania tej ceny tuż po utworzeniu obiektu. Kod poniżej:

class Product {
  private double price;
  public double getPrice() {
    return price;
  }
  public void setPrice(double price) {
    this.price = price;
  }
}

Książka jest produktem i tak jak każdy produkt ma swoją cenę. Skoro książka jest produktem, to ma też wszelkie cechy produktu, zatem klasa która opisuje obiekt książki powinna dziedziczyć z klasy która opisuje produkt, tj. z klasy Product. Przykładowa implementacja klasy modelującej produkty typu książka poniżej:

class Book extends Product {
  private int pagesNum;
  public Book(double price, int pagesNum) {
    this.setPrice(price);
    this.pagesNum = pagesNum;
  }
  public int getPagesNum() {
    1
    return pagesNum;
  }
}

Zwróćmy uwagę na słówko kluczowe extends w deklaracji klasy. To właśnie w ten sposób oznaczamy, że klasa Book dziedziczy z klasy Product. Zauważmy, że implementując konstruktor w klasie Book posłużyliśmy się odziedziczoną metodą setPrice(...) aby zapisać cenę książki. Co więcej, klasa Book dziedziczy nie tylko metody zdefiniowane w klasie Product, tj. metody setPrice(...) i getPrice(), ale także metody odziedziczone przez nią z klasy Object. Klasa Product nie dziedziczy jawnie z żadnej klasy, a więc - zgodnie z tym co sobie już powiedzieliśmy - dziedziczy niejawnie z klasy Object. Dziedziczenie działa przechodnio, tak więc metody odziedziczone przez klasę Product przechodzą dalej, do dziedziczącej z niej klasyBook1.

Zadanie f(-1)’. Przesłanianie metod

Przesłonięcie metody to implementacja na nowo metody, którą odziedziczyliśmy z klasy nadrzędnej. Mechanizm ten daje nam możliwość dostosowania implementacji metod do specyfiki podklasy. Jak wiemy każda klasa dziedziczy z klasy Object metodę toString(). Metoda ta ma za zadanie zwrócić tekstowy opis obiektu. Standardowa implementacja metody zwraca jako opis obiektu nazwę klasy oraz nic nie mówiący kod będący wynikiem funkcji skrótu. Jednym słowem – opis ten jest słaby i należałoby go zmienić. Zmienić ten opis możemy naturalnie poprzez przesłonięcie w naszej klasie metody toString(). W klasie Book opisującej książkę metoda ta mogłaby mieć następującą implementację2:

class Book extends Product {
  public String toString() {
    return "Książka '" + getTitle() + "', ISBN: " + getISBN();
  }
  // metody getTitle(), getISBN() i inne potrzebne w klasie Book
}

Zadanie f(0)’‘. Polimorfizm

Korzyści jakie możemy osiągnąć z tytułu dziedziczenia byłyby bardzo ograniczone, gdyby nie polimorfizm. Polimorfizm oznacza możliwość traktowania obiektów różnych podtypów pewnego wspólnego typu w taki sam sposób. Za chwilkę przekonamy się, co to oznacza i jak bardzo potrafi ułatwić programowanie. Skoro książka jest produktem – w języku Java oznacza to, że klasa Book dziedziczy z klasy Product – to przecież możemy potraktować książkę jak produkt. Skoro możemy książkę potraktować jak produkt, to możemy obiekt reprezentujący konkretną książkę, a więc obiekt typu Book, przypisać do referencji typu Product. Możemy więc napisać:

Product myProd = new Book(39.90, 210);

Oczywiście w naszym sklepie będziemy sprzedawali też inne artykuły, nie tylko książki. LINK LINK

Będziemy więc mieli także klasy takie jak MusicCD, GameCD i AppCD opisujące kolejno płyty CD czy DVD z muzyką, grami i aplikacjami. Wszystkie one będą dziedziczyły z klasy Product i wszystkie one mogą być przetwarzane w systemie tak jak produkty. Możemy więc napisać:

Product myProd = new MusicCD(19.90, "The Beatles", "A Hard Day's Night");

a następnie:

myProd.getPrice();

Następnie należy zaimplementować w naszej aplikacji sklepu internetowego koszyk, który przechowuje wybrane przez klienta artykuły i który potrafi odpowiedzieć na pytanie – jaka jest łączna wartość zamówienia. Aby policzyć wartość zamówienia trzeba zsumować ceny poszczególnych produktów, niezależnie od tego, jakiego typu są te produkty. Wygodnie jest móc traktować wszystkie obiekty reprezentujące produkty takie jak książki, płyty muzyczne, gry i wszelakie inne w ten sam sposób. Możemy wówczas przejrzeć kolekcję produktów z koszyka i dla każdego z nich wywołać metodę getPrice(). Suma wyników będzie wartością zamówienia. Łącząc ze sobą mechanizm polimorfizmu i przesłaniania metod możemy osiągnąć jeszcze ciekawsze rezultaty. Przykładowo, możemy zdefiniować produkt BonusPackage, tj. produkt, który jest zbiorem dowolnych innych produktów oferowanych w pakiecie po promocyjnej cenie. Moglibyśmy wówczas w klasie BonusPackage przesłonić implementację metody getPrice() tak, aby metoda ta sumowała ceny wszystkich produktów z pakietu i na końcu odejmowała od tej sumy np. 10%.

Zauważmy, że wprowadzenie produktu BonusPackage nie pociąga za sobą w skutkach konieczności zmiany klasy opisującej koszyk i funkcjonalności liczenia wartości zamówienia. Tak jak do tej pory sumujemy wyniki wywołania metody getPrice() dla każdego obiektu. Z punktu widzenia tego algorytmu jest nie istotne, że niektóre z tych obiektów, te które są typu BonusPackage mają zmienioną implementację metody getPrice().

Zadanie 1.

Zaimplementuj klasę Osoba. Klasa ta powinna umożliwiać przechowywanie takich wartości jak:

imię, nazwisko, data urodzenia, płeć oraz cechować się zachowaniami w postaci zaimplementowanej metodzie zwracającej informację o osobie. Następnie zdefiniuj klasy dziedziczące po klasie Osoba:

1. Student – klasa powinna zawierać następujące składowe:

a) pola

• nr indeksu

• typ studiów

• kierunek

• rok studiów

b) metody

• zwracającą informację o studencie (należy przesłonić metodę odziedziczoną po klasie osoba). Można w tym celu wykorzystać metodę toString().

1. Wykładowca – klasę tę należy zaprojektować samodzielnie (poprzez analogię do klasy Student)wykazując się pomysłowością i inwencją twórczą. LINK

Zadanie 2.

Stwórz klasę Punkt2D, która przechowuje informacje opisujące punkt na płaszczyźnie dwuwymiarowej (współrzędne x oraz y). Zawiera ona dwa konstruktory: bezparametrowy ustawiający pola na wartość 0, oraz przyjmujący dwa argumenty i ustawiający pola obiektu zgodnie z podanymi parametrami. Utwórz metodę losującą współrzędne punktu na płaszczyźnie. Współrzędne mają być losowane w zakresie od -10 do 10. Przesłoń metodę toString() tak aby wyświetlała informacje o współrzędnych punktu w płaszczyźnie. Napisz klasę Punkt3D reprezentującą punkt w trójwymiarze. Klasa ma powstać na bazie klasy Punkt2D z dodatkowym polem z opisującym trzeci wymiar. Przesłoń metodę losującą współrzędne punku tak aby losowała również trzeci wymiar (z). Przesłoń metodę toString() tak aby wyświetlała informacje o współrzędnych punktu w przestrzeni. W klasie testowej utwórz obiekty obu klas i przetestuj działanie. Następnie utwórz dwie tablice 100-elementowe, jedna dla klasy punkt2D o nazwie array2D, a druga dla klasy Punkt3D o nazwie array3D. W obydwu tablicach wylosuj dla wszystkich elementów punkty przy użyciu utworzonych wcześniej metod. Sprawdź czy w tablicy array3D i array2D istnieją elementy mające wspólne składowe (x,y) tj. istnieją punkty punkt2D(x1,y1) i punkt3D(x2,y2,z2), takie że x1=x2 i y1=y2. Jeśli takie pary istnieją wypisz je na ekranie (wykorzystaj metodę toString().