Tema 1. Herencia y Polimorfismo

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1 ÍNDICE EDA. Unidad didáctica I: Conceptos de Java para Estructuras de Datos Tema 1. Herencia y Polimorfismo 1. Relaciones entre clases: Reutilización del software. 2. La Herencia como soporte Java del modelo ES UN(A) Conceptos básicos de Herencia y su sintaxis en Java. Definición de clases herederas. Compatibilidad d de tipos y polimorfismo. Enlace dinámico y uso de la sobreescritura. El operador instanceof La clase Object Diseño de una jerarquía de clases. Diseño de la clase base. Modificador protected. Utilidad de la sobrescritura. 3. Más Herencia en Java: Control de la sobrescritura y regulación de la Herencia El modificador final El modificador abstract Clases interface y herencia múltiple. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 2 1. Relaciones entre clases: Reutilización del software En la POO, el reúso de código presenta tres formas básicas: Se pueden usar clases de librería (Math, String, ). Se pueden definir nuevos tipos de datos como agregados de tipos más básicos: Relación entre clases TIENE UN(A). Se pueden definir especializaciones de un tipo dado: Relación entre clases ES UN(A). 1. Relaciones entre clases: Reutilización del software Figura Circulo Rectangulo Cuadrado Circulo Figura Raíz de la jerarquía Rectangulo Los tipos relacionados entre sí por particularización o especialización están ordenados parcialmente por inclusión, formando jerarquías Cuadrado EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 3 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 4

2 2.1 Conceptos básicos de Herencia Herencia: Mecanismo de los lenguajes orientados a objetos que soporta la especialización de clases (relación ES UN(A)). Dada una clase B, se puede definir otra clase D subtipo de B. Se dice que B es la clase base, y D es la derivada. class D extends B { 2.1 Conceptos básicos de herencia Estructura de los objetos de D: Los objetos de D heredan los atributos de B, sin tenerlos que declarar en D. En D se pueden declarar tantos atributos adicionales como sea necesario. Internamente, un objeto de clase D tendrá la misma estructura que un objeto de clase B, salvo los atributos añadidos que se hayan declarado en D. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 5 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D Conceptos básicos de Herencia Operaciones constructoras de D: La derivada D debe definir sus propias constructoras, tan sobrecargadas como sea preciso. Una constructora de D puede citar a una constructora de B con el nombre super. Ejemplo: public D(){ super();//por defecto, la constructora // sin parámetros // Inicialización de atributos //particulares de D Si no declara ninguna, se genera la constructora por defecto (sin parámetros) Conceptos básicos de Herencia Resto de métodos de D: D hereda todos los métodos públicos de B. Puede añadir métodos nuevos. Puede sobrescribir los métodos heredados de B para particularizarlos a los objetos de D: o o Se mantiene el perfil o cabecera, Se reescribe el cuerpo según sea necesario EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 7 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 8

3 2.1. Conceptos básicos de Herencia. Entre tipos primitivos: 2.1. Conceptos básicos de Herencia. Entre tipos primitivos. Ejemplos: byte short int char float double double x= 5.0; int n= x; ERROR: possible loss of precision double x= 5;// x vale 5.0, 5 se promociona a 5.0 int n= (int) x; // n vale 5, 5.0 se restringe a 5 boolean boolean b= true; int n= b; int n= (int) b; ERROR: incompatible types ERROR:inconvertible types EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 9 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D Conceptos básicos de Herencia. Entre tipos de una jerarquía de clases: Figura 2.1. Conceptos básicos de Herencia POLIMORFISMO: Una variable referencia puede apuntar a objetos de diferentes tipos, siempre que haya compatibilidad. Ejemplos: Circulo Rectangulo Cuadrado ERROR: incompatible types ERROR: inconvertible types Figura f= new Figura(); Circulo c = new Circulo(); Figura f2= c; Circulo c2= f; Circulo c3= (Circulo) new Figura(); c3 = (Circulo) new Rectangulo(); f color tipo f color tipo radio Figura f= new Figura();//Figura f = new Circulo(); //Circulo f= new String( Hola ); ERROR: incompatible types Tipo estático (en compilación) Tipo dinámico (ejecución) EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 11 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 12

4 2.1 Conceptos básicos de Herencia Tipo estático: Tipo con el que se declara una variable referencia. Tipo dinámico: Tipo del objeto referenciado por la variable en un estado de la ejecución. Deben ser tipos jerárquicamente menores o igual que el tipo estático. Figura f= new Figura();//Figura f = new Circulo(); //Circulo Circulo c2= (Circulo) f; // Circulo Figura f2 = new Rectangulo();// Rectangulo Circulo c2= (Circulo) f2; AL EJECUTAR: ClassCastException 2.1. Conceptos básicos de Herencia Enlace dinámico El tipo dinámico de una expresión determina, en una jerarquía, qué operación dinámica (o de objeto) es la que se aplica al objeto. Supóngase un tipo D derivado de un tipo base B que tiene un cierto metodo, heredado por D. Sea una variable o expresión e de tipo B o compatible: El método que se aplica es el del tipo dinámico de e: B metodo( ) m Si el tipo es D, y D ha sobrescrito el método, se aplica el código sobrescrito. D metodo( ) m e.metodo( ) Si el tipo dinámico es D, y D no tiene código propio para el método (no está sobrescrito), aplica el código del tipo base. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 13 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D Conceptos básicos de Herencia. Operador booleano instanceof 2.1. Conceptos básicos de Herencia Ejemplo: Supóngase el siguiente método de la clase Figura Sintaxis: i expresion instanceof T en donde expresion debe ser un objeto, y T un tipo referencia. Devuelve true si al evaluarse expresion su tipo dinámico es compatible con T, y false en caso contrario. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 15 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 16

5 2.1. Conceptos básicos de Herencia 2.2. La clase Object Scanner tec= new Scanner(System.in).useLocale(Locale.US); Figura f= Figura.leerFigura(tec); System.out.println( El color es + f.getcolor()); System.out.println( El radio es + f.getradio()); ERROR: getradio not found (no es de Figura, es un añadido a Circulo) Circulo c= (Circulo) f; System.out.println( El radio es + c.getradio()); AL EJECUTAR: Puede dar ClassCastException if ( f instanceof Circulo) { Circulo c= (Circulo) f; // El tipo dinámico de f es //Círculo System.out.println( Su radio es + c.getradio()); Object es una clase del paquete java.lang Toda clase de Java es heredera de Object: t:eslaraízdela jeraquía de clases de Java. Sus objetos están vacíos. Tiene un conjunto de operaciones heredables por cualquier clase: public boolean equals(object o) public String tostring()... EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 17 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D La clase Object 2.2. La clase Object Ejemplo: Figura hereda todos los métodos de Object Los métodos de Object se pueden sobrescribir EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 19 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 20

6 2.2. La clase Object 2.3. Diseño de una jerarquía de clases Considérese, por ejemplo, la jerarquía de figuras. Clase base Figura: Sus datos deben ser los que tiene en común cualquier figura: tipo, color Su funcionalidad debe ser la que permita manejar cualquier figura: consultoras y modificadoras, equals, tostring. Clases derivadas, o particularizaciones de Figura (de diferentes formas), Circulo y Rectangulo: Circulo: Un Circulo ES una Figura especial, cuya dimensión viene dada por su radio. Su funcionalidad es la de Figura, más o consultora, modificadora del radio, o cálculo del área, o dibujo de la figura Rectangulo: Un Rectangulo ES una Figura especial, cuya dimensión viene dada por su base y su altura. Su funcionalidad es la de Figura, más o consultora, modificadora de la base y la altura, o cálculo del área, o dibujo de la figura EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 21 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D Diseño de una jerarquía de clases 2.3. Diseño de una jerarquía de clases Diseño de la clase base. El modificador protected. Es un modificador de visibilidad. El atributo o método protected es privado para las clases que no son de la jerarquía ni del mismo paquete. Diseño de una clase derivada. Constructoras. Dado que toda derivada tiene por defecto la constructora que usa el super() e inicia por defecto sus propios atributos, conviene, por regla general, definir explícitamente sus propios constructores. Ejemplo: Calificar a los atributos de la base como protected permite: o Mantener la privacidad de la estructuración de los datos para las clases ajenas a la jerarquía, o facilitar la implementación del código en las clases derivadas. public Figura() { this.color = Color.black; this.tipo = "indefinido"; public Figura(Color color, String tipo) { this.color = color; this.tipo = tipo; public Circulo() { super(color.black, "circulo"); this.radio = 10.0; public Circulo(Color color, double radio) { super(color, "circulo"); this.radio = radio; EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 23 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 24

7 2.3. Diseño de una jerarquía de clases 3.1. El modificador final Diseño de una clase derivada. Métodos sobrescritos. La sobrescritura puede ser total o parcial. Ejemplo: // En Figura: public String tostring(){ return "Figura de tipo: " + tipo + " y color " + color; // En Circulo: Sobr. total public String tostring(){ return "Círculo " + color + " de radio " + this.radio; // En Circulo: Sobr. parcial public String tostring(){ return super.tostring()+ ". El radio es "+ this.radio; Es un modificador de Java, que en general denota que un elemento no puede cambiar de estado: 1. Si afecta a una variable, no se puede modificar más allá de su inicialización, es decir, va a ser constante. Ejemplo: En la clase Math de java.lang, las constantes PI, E deben estar declaradas como atributos de la forma: public final static PI = ; public final static E = ; EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 25 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D El modificador final 2. Si afecta a un método de una clase B, no se puede sobrescribir en ninguna de las derivadas de B Ejemplo: Supóngase que se tuviera //En Figura: public final boolean equals(object x) { Figura f = (Figura) x; return (color.equals(f.color) && tipo.equals(f.tipo)); //En Circulo: ERROR: El método no se puede sobrescribir, es final en Figura public boolean equals(object x) { Figura f = (Figura) x; return (color.equals(f.color) && tipo.equals(f.tipo)) radio==f.radio; EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D El modificador final El modificador final no sólo es útil para prevenir una sobrescritura indeseada. También permite generar código más eficiente. Por ejemplo, supóngase que el método equals se hubiese declarado final en Figura. Entonces: Figura f1=...; Figura f2=...; boolean b= f1.equals(f2); Al compilar la última línea, Java resuelve estáticamente, en compilación, el código de la función (el enlace dinámico no se puede dar). EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 28

8 3.1. El modificador final 3. Si afecta a una clase, afecta a todas sus componentes y la clase no se puede extender. Ejemplo: //En java.lang: public final class String{... ERROR: No se puede heredar de final java.lang.string public class MiCadena extends String{ 3.2. El modificador abstract Es un modificador de métodos y clases. 1. Un método abstracto de una clase B es un método que no se implementa en B. Sintácticamente: public abstract T nombre(lista de parámetros) ; 2. Una clase B que incluya al menos un método abstracto es también una clase abstracta, de modo que: a) En la cabecera de B debe aparecer el modificador abstract. b) No se pueden construir objetos de B. Únicamente se puede usar su constructor, en los constructores de sus derivadas. c) La clases derivadas de B deben implementar los métodos abstractos de B, a menos que a su vez se hayan declarado abstractas. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 29 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 30 Ejemplo: 3.2. El modificador abstract public abstract class Figura{... public abstract double area(); En las derivadas de Figura: public class Circulo extends Figura{... public double area(){ return Math.PI*this.radio*this.radio; Si faltase esta implementación, daría el siguiente error de compilación: ERROR: Circulo no es abstracta y no sobrescribe el método abstracto area de Figura No obstante: 3.2. El modificador abstract public abstract class Figura{... public boolean equals(object x) { Figura f = (Figura) x; return (this.color.equals(f.color) && this.tipo.equals(f.tipo) && this.area()== f.area() ); public abstract double area(); 1. Eventualmente, this, f referenciarán círculos, rectángulos y/o cuadrados (dado que no es posible crear objetos de tipo Figura). 2. Por el enlace dinámico, se aplicará el área concreta que corresponda. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 31 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 32

9 3.3. Clases interface y herencia múltiple. Una interfaz I es una clase cuyos métodos son todos abstractos: Es una clase que no define la estructura de los objetos, únicamente define su funcionalidad. Sintácticamente: 1. En la cabecera de I debe aparecer interface en lugar de class. 2. Todos los métodos de I son por definición public abstract, y estos modificadores no se deben escribir en sus cabeceras. 3. Los únicos atributos que pueden aparecer en I son constantes, es decir, atributos public final static, aunque Java permite escribir estos modificadores explícitamente o darlos por implícitos. Una clase D derivada de I se dice que implementa a I. Entonces: 1. Sintácticamente se expresa : class D implements I 2. D debe sobrescribir (implementar) todos los métodos de I. 3. DdaestructuraalosobjetosdeIeimplementasusmétodossobre esa estructura Clases interface y herencia múltiple. Herencia múltiple: Es la capacidad de algunos lenguajes OO de definir clases derivadas que extienden a más de una clase base. Una clase D en Java, sólo puede extender a una base B; sin embargo, puede implementar diversas interfaces, por ejemplo: class D extends B implements I, J, K Con ello: Se minimiza los posibles conflictos de nombres entre atributos heredados de diferentes bases, al haber únicamente posible ambigüedad con las constantes. Se evita el conflictos de nombres entre métodos heredados de diferentes bases. EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 33 EDA, ITIS/ITG, ETSInf, UPV. Curso A. Casanova. Grupo 2D 34