Tema 3 Herencia en Java Parte 1. Programación Orientada a Objetos Curso 2015/2016

Transcripción

1 Tema 3 Herencia en Java Parte 1 Programación Orientada a Objetos

2 Contenido Introducción. Definición y tipos. Constructores. Redefinición. Polimorfismo. Herencia y sistema de tipos. Ligadura dinámica. Casting Operador instanceof Programación Orientada a Objetos 2

3 Introducción Entre las clases pueden existir relaciones conceptuales: Extensión, Especialización, Combinación. Ejemplos: Una pila puede definirse a partir de una cola o viceversa Un rectángulo es una especialización de polígono Libros y Revistas tienen propiedades comunes Herencia: Mecanismo para definir y utilizar estas relaciones. Permite la definición de una clase a partir de otra. Programación Orientada a Objetos 3

4 Introducción La herencia organiza las clases en una estructura jerárquica Jerarquía de clases No es sólo un mecanismo de reutilización de código. Es consistente con el sistema de tipos. Ejemplos: PUBLICACION FIGURA LIBRO REVISTA POLIGONO CIRCULO LIBRO_TEXTO INVESTIGACION MAGAZINE RECTANGULO Programación Orientada a Objetos 4

5 Herencia Si la clase B hereda de A, entonces B incorpora la estructura (atributos) y comportamiento (métodos) de la clase A, pero puede incluir adaptaciones: B puede añadir nuevos atributos. B puede añadir nuevos métodos. B puede redefinir métodos heredados (refinar o reemplazar). En general, las adaptaciones dependen del lenguaje OO. Programación Orientada a Objetos 5

6 Herencia Terminología A B hereda de A (A es la superclase y B la subclase) A es la clase padre o clase base de B C hereda de B y A B B y C son subclases de A B es un descendiente directo de A C C es un descendiente indirecto de A A y B son ascendientes de C Programación Orientada a Objetos 6

7 Tipos de herencia B A C Herencia simple: Una clase puede heredar de una única clase. Java, C# D E B A C Herencia múltiple: Una clase puede heredar de varias clases. C++ Programación Orientada a Objetos 7

8 Reconocer la herencia Especialización: Se detecta que una clase es un caso especial de otra. Ejemplo: Rectángulo es un tipo de Polígono. Generalización (factorización): Se detectan dos clases con características en común y se crea una clase padre con esas características. Ejemplo: Libro, Revista Publicación No hay receta mágica para crear buenas jerarquías de herencia. Programación Orientada a Objetos 8

9 Caso de estudio Continuación de la aplicación de gestión bancaria. Se introduce el concepto Depósito que permite a un cliente obtener intereses por su dinero. Un Depósito, simplificado, se define: Propiedades: titular, capital, plazo en días y tipo de interés. Comportamiento: Permite liquidar el depósito devolviendo el capital depositado más los intereses. Permite consultar los intereses generados al vencimiento. Programación Orientada a Objetos 9

10 Clase Deposito 1/2 public class Deposito { private Persona titular; private double capital; private int plazodias; private double tipointeres; public Deposito(Persona titular, double capital, int plazodias, double tipointeres) { } this.titular = titular; this.capital = capital; this.plazodias = plazodias; this.tipointeres = tipointeres; Programación Orientada a Objetos 10

11 Clase Deposito 2/2 public class Deposito { public double getcapital() { } public int getplazodias() { } public double gettipointeres() { } public Persona gettitular() { } } public double liquidar() { return getcapital() + getintereses(); } public double getintereses() { return (plazodias * tipointeres * capital)/365; } Programación Orientada a Objetos 11

12 Caso de Estudio Identificamos el concepto Depósito Estructurado que se caracteriza por tener una parte del capital a tipo fijo y otra parte a tipo variable. Depósito Estructurado es un Depósito? Comparte todas las características de Depósito. Añade nuevas características. La clase DepositoEstructurado hereda de Deposito: Nuevas características: capital a tipo variable y el tipo de interés variable. Programación Orientada a Objetos 12

13 Clase DepositoEstructurado public class DepositoEstructurado extends Deposito { private double tipointeresvariable; private double capitalvariable; public DepositoEstructurado( ) { } } public double getinteresesvariable() { return (getplazodias() * tipointeresvariable * capitalvariable)/365; } public void settipointeresvariable( public double gettipointeresvariable() { } public double getcapitalvariable() { } Programación Orientada a Objetos 13

14 Clase DepositoEstructurado La subclase incluye las características específicas: Atributos: tipo de interés variable y capital a tipo variable. Método de consulta (get) del capital variable. Métodos de consulta/establecimiento (get/set) del tipo de interés variable. Método para el cálculo de los intereses del capital a tipo variable. La clase hija hereda todos los atributos de la clase padre, aunque no los vea debido a la ocultación de la información. La clase dispone de los métodos heredados como si fueran propios (ejemplo, getplazodias()). Programación Orientada a Objetos 14

15 Jerarquía de herencia Programación Orientada a Objetos 15

16 Herencia y constructores En Java los constructores no se heredan. El constructor de un DepositoEstructurado se declara con los mismos parámetros que un Deposito y añade la cantidad de capital a tipo variable. La clase DepositoEstructurado no tiene visibilidad sobre los atributos privados de Deposito. Java permite invocar a los constructores de la clase padre dentro de un constructor utilizando la llamada super( ) Programación Orientada a Objetos 16

17 Clase DepositoEstructurado public class DepositoEstructurado extends Deposito { public DepositoEstructurado(Persona titular, double capitalfijo, double capitalvariable, int plazodias, double tipointeresfijo) { super(titular, capitalfijo, plazodias, tipointeresfijo); } } this.capitalvariable = capitalvariable; Programación Orientada a Objetos 17

18 Herencia y constructores Cuando se aplica herencia, la llamada a un constructor de la clase padre es obligatoria. Debe ser la primera sentencia del código del constructor. Si se omite la llamada, el compilador asume que la primera llamada es super() Llama al constructor sin argumentos de la clase padre. Si no existe ese constructor, la clase no compila. Programación Orientada a Objetos 18

19 Adaptación del código heredado La clase DepositoEstructurado añade nuevas propiedades: capital a tipo variable y tipo de interés variable. Sin embargo, hay que adaptar dos métodos heredados: getcapital(): el capital de un depósito estructurado es el capital a tipo fijo más el capital a tipo variable. getintereses(): intereses a tipo fijo más intereses a tipo variable. La herencia permite la redefinición de métodos para adaptarlos a la semántica de la clase. Programación Orientada a Objetos 19

20 Redefinición de métodos Un método es una redefinición si tiene la misma signatura (nombre y parámetros) que un método de la clase padre: Nota: si cambia el tipo de algún parámetro o se añaden nuevos parámetros, entonces se está sobrecargando el método heredado. Opcional: la se utiliza para indicar al compilador que un método es una redefinición. La redefinición reconcilia la reutilización con la extensibilidad: Es habitual hacer cambios cuando se reutiliza un código. Programación Orientada a Objetos 20

21 Redefinición de métodos La redefinición de un método heredado puede ser de dos tipos: Refinamiento: se añade nueva funcionalidad al comportamiento heredado. Reemplazo: se sustituye completamente la implementación del método heredado. En el refinamiento de un método resulta útil invocar a la versión heredada del método. Programación Orientada a Objetos 21

22 Redefinición de métodos y super El lenguaje proporciona la palabra reservada super que permite llamar a la versión del padre de un método que se redefine en la clase. En general, el uso de super se recomienda sólo para el refinamiento de métodos. No hay que utilizar super para llamar a métodos que se heredan. Programación Orientada a Objetos 22

23 Clase DepositoEstructurado public class DepositoEstructurado extends Deposito public double getintereses() { return super.getintereses() + getinteresesvariable(); } public double getcapital() { return super.getcapital() + getcapitalvariable(); } Programación Orientada a Objetos 23

24 Caso de estudio Identificamos un nuevo tipo de depósito formado por una parte del capital a tipo fijo y otra a tipo variable con un interés mínimo garantizado (Depósito Garantizado). Este depósito posee todas las características de un Depósito Estructurado y añade una garantía al interés variable (regla es un). La clase DepositoGarantizado hereda de DepositoEstructurado. Programación Orientada a Objetos 24

25 Clase DepositoGarantizado public class DepositoGarantizado extends DepositoEstructurado { private double tipointeresgarantizado; public DepositoGarantizado(, { super(titular, capitalfijo, capitalvariable, plazodias, tipointeresfijo); } } this.tipointeresgarantizado = tipointersesgarantizado; settipointeresvariable(tipointersesgarantizado); Programación Orientada a Objetos 25

26 Redefinición de métodos La clase debe controlar que al establecer el tipo de interés variable no quede por debajo del interés garantizado. Para ello, redefine (refina) el método public void settipointeresvariable( double tipointeresvariable) { } if (tipointeresvariable >= tipointeresgarantizado) } super.settipointeresvariable(tipointeresvariable); Programación Orientada a Objetos 26

27 Caso de estudio Un Depósito Penalizable es un depósito básico en el que los intereses pueden ser penalizados. El nuevo depósito tiene todas las características de un depósito básico (regla es un). Clase DepositoPenalizable hereda de Deposito La penalización consiste en reducir el interés del depósito a la mitad. Adapta el cálculo de los intereses según la penalización (redefinición). Programación Orientada a Objetos 27

28 Clase DepositoPenalizable public class DepositoPenalizable extends Deposito { private boolean penalizado; public DepositoPenalizable( ) { super(titular, capital, plazodias, tipointeres); penalizado = false; public double getintereses() { if (penalizado) return super.getintereses() / 2; else return super.getintereses(); } public boolean ispenalizado() { } public void setpenalizado(boolean penalizado) { } } Programación Orientada a Objetos 28

29 Jerarquía de herencia Programación Orientada a Objetos 29

30 Polimorfismo Capacidad de una entidad (atributo, variable, parámetro) de referenciar en tiempo de ejecución a objetos de diferentes clases. Es restringido por herencia. El polimorfismo implica que una entidad tiene un tipo estático (declarado) y otro dinámico (al que referencia la entidad). Programación Orientada a Objetos 30

31 Tipos estático y dinámico Tipo estático (te): Tipo asociado a la declaración de una entidad. Tipo dinámico: Tipo correspondiente a la clase del objeto conectado a la entidad en tiempo de ejecución. Conjunto de tipos dinámicos (ctd): Conjunto de posibles tipos dinámicos de una entidad. Ejemplo: A A oa; B ob; C oc; D B E C F te(oa) = A ctd(oa) = {A,B,C,D,E,F} te(ob) = B ctd(ob) = {B, D, E} te(oc) = C ctd(oc) = {C,F} Programación Orientada a Objetos 31

32 Polimorfismo Asignación polimórfica: 1. Deposito deposito = new Deposito( ); 2. DepositoPenalizable penalizable = new DepositoPenalizable( ); // Asignación polimórfica 3. deposito = penalizable; La variable deposito tiene como tipo estático Deposito. El tipo dinámico de la variable cambia: Línea 1: clase Deposito. Línea 3: clase DepositoPenalizable. Programación Orientada a Objetos 32

33 Herencia y sistema de tipos Serían posibles las siguientes asignaciones? Objeto DepositoEstructurado a variable Deposito. Objeto DepositoEstructurado a variable DepositoPenalizable. Objeto DepositoGarantizado a variable Deposito. Programación Orientada a Objetos 33

34 Compatibilidad de tipos Una clase (tipo) B es compatible con otra clase A si B es descendiente de A: DepositoEstructurado es compatible con Deposito. DepositoGarantizado es compatible con Deposito y DepositoEstructrado. DepositoEstructurado NO es compatible con DepositoPenalizable. Programación Orientada a Objetos 34

35 Compatibilidad de tipos Una asignación polimórfica es válida si el tipo estático de la parte derecha es compatible con el tipo estático de la parte izquierda: Deposito deposito = new DepositoEstructurado( ); DepositoPenalizable penalizable = new DepositoPenalizable( ); // Asignación polimórfica válida deposito = penalizable; // Asignación polimórfica no válida DepositoGarantizado garantizado = penalizable; Programación Orientada a Objetos 35

36 Compatibilidad de tipos Un paso de parámetros es válido si el tipo estático del parámetro real es compatible con el tipo estático del parámetro formal. public double indicerentabilidad(deposito deposito) { } return deposito.getintereses()/deposito.getcapital(); DepositoPenalizable penalizable = new DepositoPenalizable( ); banco.indicerentabilidad(penalizable); Programación Orientada a Objetos 36

37 Validez de mensajes Son válidos los siguientes mensajes? Mensaje getcapitalvariable() sobre una variable de tipo estático Deposito. Mensaje getcapital() sobre una variable de tipo estático DepositoGarantizado. Programación Orientada a Objetos 37

38 Validez de mensajes La herencia es consistente con el sistema de tipos. Sobre una variable cuyo tipo estático es DepositoEstructurado podemos aplicar: Métodos heredados y redefinidos: getintereses(), getplazodias(), etc. Métodos propios: getcapitalvariable(), etc. Si el tipo estático es Deposito no podemos aplicar métodos de los subtipos: deposito.gettipointeresvariable(); //Error deposito.ispenalizado(); // Error Programación Orientada a Objetos 38

39 Validez de mensajes Deposito deposito = new Deposito( ); DepositoEstructurado estructurado = new DepositoEstructurado( ); estructurado.liquidar(); //OK HEREDADO DE DEPOSITO estructurado.getcapital(); //OK METODO REDEFINIDO estructurado.getcapitalvariable(); //OK MÉTODO PROPIO deposito = estructurado; deposito.getintereses(); //OK METODO DE DEPOSITO deposito.getcapitalvariable(); //ERROR COMPILACION! Programación Orientada a Objetos 39

40 Política pesimista de tipos El compilador rechazaría los siguientes casos debido a la comprobación estática de tipos: Deposito deposito; DepositoPenalizable penalizable = new ; deposito = penalizable; penalizable = deposito; // Error de compilación Deposito deposito; DepositoPenalizable penalizable = new ; deposito = penalizable; deposito.ispenalizado(); // Error de compilación Programación Orientada a Objetos 40

41 Ligadura dinámica Qué versión del método getcapital() se ejecutaría? Deposito deposito; if (clientepreferente) deposito = new DepositoGarantizado(...); else deposito = new DepositoPenalizable(...); deposito.getcapital(); Programación Orientada a Objetos 41

42 Ligadura dinámica La versión de un método en una clase es la introducida por la clase (redefinida) o la heredada. Versiones del método getcapital(): Versión Deposito: el método es definido en Depósito La clase DepositoPenalizable lo hereda. Versión DepositoEstructurado: la clase DepositoEstructurado redefine el método. La clase DepositoGarantizado hereda la versión de DepositoEstructurado. Se ejecuta la versión asociada al tipo dinámico de la entidad sobre la que se aplica el método. Programación Orientada a Objetos 42

43 Ligadura dinámica public double posicionglobal(deposito[] depositos) { double posicion = 0; for (Deposito deposito : depositos) { } } posicion += deposito.getcapital(); return posicion; Qué sucedería si apareciera un nuevo tipo de depósito? Programación Orientada a Objetos 43

44 Ligadura dinámica redefine f {fβ} B A {fα} C Qué versión se ejecuta? A oa; B ob = new B(); D od = new D(); oa = ob; oa.f(); redefine f D {fδ} oa = od; oa.f(); Sea el mensaje x.f(), la comprobación estática de tipos garantiza que al menos existirá una versión aplicable para f, y la ligadura dinámica garantiza que se ejecutará la versión más apropiada. Programación Orientada a Objetos 44

45 Ligadura dinámica La ejecución de un método puede tener diferentes interpretaciones en tiempo de ejecución. Ejercicio: Qué métodos y versiones se ejecutan cuando se aplica el método liquidar() a un depósito penalizable? Y para un depósito estructurado? Deposito deposito = new DepositoPenalizable(...); deposito.liquidar(); Programación Orientada a Objetos 45

46 Ligadura dinámica El método liquidar() es un ejemplo de código reutilizable: El mismo código es reutilizado por los subtipos. En tiempo de ejecución, el código ejecutado varía según el tipo de depósito al que sea aplicado (ligadura dinámica). El polimorfismo, la redefinición de métodos y la ligadura dinámica permiten reutilizar el código y al mismo tiempo adaptarlo a las características de cada depósito. Programación Orientada a Objetos 46

47 Estructuras de datos polimórficas Organizar las clases en una jerarquía de herencia resulta útil para definir estructuras de datos polimórficas: Deposito[] depositos = new Deposito[3]; depositos[0] = new DepositoPenalizable ( ); depositos[1] = new DepositoEstructurado ( ); depositos[2] = new DepositoGarantizado ( ); En el ejemplo, cada componente del array puede ser de un tipo distinto de depósito. Programación Orientada a Objetos 47

48 Caso de estudio Motivación: Cómo podemos establecer el tipo de interés variable sobre todos los depósitos estructurados? En la aplicación almacenamos todos los depósitos en un array: Deposito[] depositos; Una posición del array puede apuntar a cualquier tipo de depósito (estructura de datos polimórfica). Sobre una referencia de tipo estático Deposito sólo puedo aplicar métodos de esa clase. Solución: casting (narrowing). Programación Orientada a Objetos 48

49 Casting El compilador permite hacer un casting de una variable polimórfica a uno de los posibles tipos dinámicos de la variable. Sería posible hacer un casting al tipo DepositoEstructurado que tiene el método para establecer el tipo de interés variable: public void settipointeresvariable(double tipo, Deposito[] depositos) { for (Deposito d : depositos) { DepositoEstructurado de = (DepositoEstructurado) d; de.settipointeresvariable(tipo); } } Programación Orientada a Objetos 49

50 Casting El casting de una variable de tipo objeto no realiza una conversión de objetos Un casting de objetos debe entenderse como el tipo dinámico de la variable es compatible con el tipo indicado en el casting. El compilador confía en el programador y acepta que la variable es compatible con el tipo indicado de cara a hacer asignaciones o aplicar métodos. Programación Orientada a Objetos 50

51 Operador instanceof Problema: Todos los depósitos no son estructurados. El casting se resuelve en tiempo de ejecución y si es incorrecto aborta el programa. Solución: operadorinstanceof Permite consultar en tiempo de ejecución si el tipo dinámico de una variable es compatible con un tipo. Se entiende por tipo compatible el tipo de la consulta o cualquiera de los subtipos. Programación Orientada a Objetos 51

52 Operador instanceof public void settipointeresvariable(double tipo, Deposito[] depositos) { for (Deposito d : depositos) { if (d instanceof DepositoEstructurado) { } } } DepositoEstructurado de = (DepositoEstructurado) d; de.settipointeresvariable(tipo); Programación Orientada a Objetos 52

53 Consejos uso de la herencia Los atributos y métodos comunes deben situarse en clases altas de la jerarquía (generalización). Aplica herencia si entre dos clases existe la relación es-un. No debe utilizarse herencia salvo que todos los métodos heredados tengan sentido en la clase hija. En la redefinición de un método no hay que cambiar la semántica que tiene definida. Aplica polimorfismo y ligadura dinámica para evitar análisis de casos. Programación Orientada a Objetos 53

54 Seminario 2 Este tema se completa con parte del seminario 2: Conceptos básicos de la herencia. Polimorfismo. Herencia y sistema de tipos. Ligadura dinámica. Programación Orientada a Objetos 54