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Presentazione principi oop: incapsulamento, information hiding e overloading
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Primi principi della OOP
Incapsulamento, information hiding, overloading
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Origini e sviluppo OOP
Nasce come risposta a tutti i problemi legati alla produzione di programmi complessi che le tecniche di progettazione tradizionale di tipo procedurale non avevano risolto
Punti distintivi: Considerare modelli di dati e algoritmi
simultaneamente e non più in modo separato Consentire il riutilizzo di software già
sviluppato nelle nuove applicazioni Descrive la realtà mediante modelli di dati
“vicini” al modo naturale di pensare dell’uomo
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Evoluzione
Anni ‘60: Con i primi studi sull’intelligenza artificiale compare il
principio che l’uomo sviluppa il proprio pensiero logico utilizzando oggetti
Anni ‘70: Alan Kay crea il primo linguaggio object oriented, Smalltalk,
che sviluppa a livello di codifica il concetto di oggetto
Anni ’80 Le nuove tecniche si diffondono con C++ e con Visual Basic
Anni ‘90: Java
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Applicazioni OOP
Attualmente le tecniche OO sono molto diffuse nelle seguenti applicazioni:
Gestione di basi di dati Gestione di interfacce grafiche Sistemi multimediali (gestione di
immagini, testi, animazioni, suoni e video)
Applicazioni per reti di calcolatori
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Progettazione procedurale e OO
Il progetto è formato dal modello dei dati e dall’algoritmo risolutivo
Il progetto si presenta come un insieme di classi di oggetti che incapsulano al loro interno sia i modelli dei dati che le operazioni (metodi).
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Classe di oggetti
Nella programmazione OO, una applicazione è composta da un insieme di CLASSI che rappresentano OGGETTI del mondo reale che interagiscono tra di loro.
Una classe è una astrazione (idea astratta o modello) che definisce un insieme di OGGETTI di uno stesso tipo, ovvero una famiglia di oggetti aventi caratteristiche e comportamenti simili
la classe è costituita da attributi e metodi gli attributi indicano le caratteristiche o proprietà
che distinguono ogni esemplare della classe I metodi sono le funzionalità dell’oggetto, cioè i
comandi che possono essere impartiti ad ogni esemplare della classe
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Classi, attributi e metodi
Classe: Automobile (entità astratta, modello generico di automobile); ogni automobile è caratterizzata da un colore, da una marca, da un modello, da una cilindrata,.....: sono gli attributi della classe
ogni automobile può avviarsi, fermarsi, sterzare, accelerare, etc... : sono i metodi della classe
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Oggetto o istanza
“la mia auto” , "la tua auto", "l'auto del presidente", sono esemplari della classe Automobile
presentano tutte le medesime proprietà e i medesimi comportamenti: hanno un colore, un modello, una marca, una cilindrata, si avviano, si fermano, sterzano, accelerano, ecc....
si dice che la classe è il modello (blueprint), lo stampino degli oggetti.
un'istanza (o oggetto) di una classe corrisponde ad un esemplare reale, fabbricato da quel modello (da quello stampino)
ogni istanza della classe ha caratteristiche e comportamenti comuni, ma si differenzia per i valori assunti dalle sue proprietà. Tutte le automobili hanno una marca, un modello, un colore, una cilindrata e possono avviarsi, frenare, sterzare, ecc.., ma la cilindrata, il colore, la marca e il modello variano da oggetto ad oggetto
In ogni istanza le proprietà assumono valori.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
EsempioClasse Classe Automobile Automobile Proprietà Proprietà
marcamodellocolorealimentazionenumero portecilindratatarga………..
Metodi Metodi avviatiacceleracambia (numero marcia)frenafermati sterza (direzione)…….
Istanza1Istanza1 miaAuto
Proprietà Proprietà marca="Fiat"modello="Punto"colore="verde" alimentazione="benzina"numero porte=5cilindrata=1300targa="....."
Istanza2Istanza2 tuaAuto
Proprietà Proprietà marca="Opel"modello="Astra"colore="rosso" alimentazione="diesel"numero porte=5cilindrata=1800targa="....."
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Test
Fido e Pluto sono cani. Quale è l’oggetto e quale è la classe? Perché?
RispostaFido e Pluto sono oggetti (o istanze) della classe Cane; hanno stato diverso (ad esempio nome diverso, età diversa, colore diverso, razza diversa) e comportamento uguale (stessi metodi: corre, abbaia, salta, azzanna, mangia).
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Metodi, attributi e stato
Classe Quadrato un quadrato è caratterizzato da un lato; del
quadrato possiamo calcolare l'area e il perimetro Proprietà / Attributi latoComportamento / Metodi calcolaArea calcolaPerimetroIstanza / Oggetto alla classe Quadrato appartengono oggetti
concreti che si differenziano per la misura del lato.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Attività di lettura
Considera il seguente testo in linguaggio naturale Red e Toby sono animali. Entrambi mangiano quando hanno fame, si muovono e fanno versi. Red ha il mantello rosso e ha 3 anni ; Toby ha il mantello grigio e ha 4 anni.
Individuare classi, oggetti, metodi , attributi e stato
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Linguaggio naturale Equivalente Object Oriented
Risposta corretta
Nomi concreti Oggetti (entità del dominio)
Red, Toby
Nomi astratti Classi (generalizzazione di oggetti di uno stesso tipo)
Animale
Verbi Metodi o funzioni membro si muove, ha fame,
mangia, fa versi
Proprietà Attributi nome, colore, età
Valori delle proprietà Stato nome=Redcolore=rossoetà=3 nome=Tobycolore=grigioetà=4
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Creazione di istanze e costruttori La creazione di un oggetto (o esemplare) a partire da
una classe è chiamata istanziazione o creazione di un'istanza della classe.
Gli oggetti sono creati per mezzo di metodi speciali chiamati costruttori.
Il costruttore ha lo stesso nome della classe e non ritorna niente.
Possono esserci più costruttori per una classe a patto che prendano parametri diversi
Se non viene dichiarato nessun costruttore ne viene creato automaticamente uno che inizializza tutti i campi con valori di default e non riceve argomenti. Si chiama costruttore di default
L'oggetto può essere creato all'interno di un'altra classe oppure del main.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Operatore new
In Java si distingue tra la dichiarazione di una istanza e la sua vera e propria creazione, che avviene per mezzo di un operatore che si chiama new che alloca in memoria un nuovo oggetto del tipo richiesto
Per esempio se in Java devo creare un'istanza della classe Automobile scriverò:
Automobile miaAuto; // dichiarazione: miaAuto identifica un esemplare di Automobile
miaAuto=new Automobile(); // creazione: con l'operatore new creo un nuovo esemplare di automobile e lo associo a miaAuto
miaAuto è il riferimento (puntatore o reference) all'oggetto di classe Automobile istanziato.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Riferimento
Dopo aver creato un oggetto si possono usare o modificare i suoi attributi o eseguire delle operazioni richiamando i suoi metodi.
Per fare riferimento agli attributi di un oggetto si utilizzerà la seguente sintassi, basata sulla notazione puntata (dot notation):
miaAutomobile.colore indica il colore della mia automobile Per assegnare un valore all'attributo colore (o per modificarlo) scrivo miaAutomobile.colore="verde"; N.B.: in Java miaAutomobile è una variabile riferimento ad un oggetto di classe Automobile, non è l'oggetto stesso! Per far eseguire un'azione all'oggetto utilizzerò ancora la notazione puntata richiamando uno dei metodi nel seguente modo:
miaAutomobile.avviati() per avviare l’auto miaAutomobile.cambia(4) per inserire la quarta Generalizzando, scriverò: riferimentoOggetto.attributo riferimentoOggetto.metodo()
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Esempio: classe Auto
class Auto { // nome classe
String marca; //definizione attributi
String modello;
int cil;
int carburante;
Auto(){ // definizione costruttore
carburante=0;
}
void avviati(){ //definizione metodo avviati (non ha parametri né restituzione)
System.out.println("mi sono avviata");
}
void rifornimento(int carb) { // metodo rifornimento (con paremetro quantità di carburante)
carburante=carburante+carb;
} }
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Creare istanze
La seguente classe TestAuto crea un’istanza di auto e testa alcuni metodi
public class TestAuto {
public static void main(String args[]){
Auto miaAuto; // dichiarazione riferimento ad Auto
miaAuto=new Auto(); //creazione istanza
miaAuto.marca="Fiat"; // accede agli attributi utilizzando il riferimento
miaAuto.modello ="Punto";
miaAuto.cil=1100;
miaAuto.rifornimento(40); //chiama il metodo rifornimento
System.out.println("marca "+miaAuto.marca); //accede agli attributi per mostrare il valore
System.out.println("modello= "+miaAuto.modello);
System.out.println("cilindrata= "+miaAuto.cil);
miaAuto.avviati(); //chiama il metodo avviati()
} }
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Accedere agli attributi
Nell’esempio appena visto chi scrive la classe TestAuto che utilizza la classe Auto, modifica il valore degli attributi scrivendo:
miaAuto.marca="Fiat"; miaAuto.modello ="Punto"; miaAuto.cil=1100;
Questo non è un buon modo di programmare: è come se il programmatore “aprisse” l’oggetto auto e vi “mettesse le mani dentro”
Nella realtà chi utilizza un oggetto, “non lo apre” e può non conoscerne i dettagli implementativi
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Incapsulamento
L'incapsulamento è la proprietà per cui un oggetto contiene ("incapsula") al suo interno gli attributi (dati) e i metodi (procedure) che accedono ai dati stessi.
i dati (attributi) di un oggetto possono essere manipolati solo attivando i suoi metodi
un metodo è attivato dall’oggetto a fronte di una specifica richiesta di servizio (messaggio)
solo l’interfaccia pubblica dell’oggetto, costituita dai servizi che l’oggetto può offrire, è nota all’esterno
si comunica con un oggetto inviandogli un messaggio in cui si specifica che cosa si vuole da esso
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Visibilità
Gli attributi e i metodi possono essere
---> pubblici visibili/accessibili direttamente dall'esterno ----> costituiscono l'interfaccia pubblica dell'oggetto
---> privati non sono visibili/accessibili all'esterno --->information hiding (occultamento delle informazioni)
Ogni classe di ha due livelli, uno esterno (pubblico) ed uno interno (privato)
Livello esterno o interfaccia pubblica Metodi e attributi visibili all’esterno, definisce i servizi che
l’oggetto può fornire
Livello interno o privato definisce le proprietà dell’oggetto (i dati) e le modalità di
trattamento di questi dati (implementazione dei metodi)
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Information hiding
Nella programmazione orientata agli oggetti è buona regola occultare gli attributi (lo stato degli oggetti) rendendoli privati e dare accesso ai dati solo attraverso i metodi pubblici . L'occultamento prende il nome di Information hiding.
Information hiding e incapsulamento sono due concetti distinti, ma strettamente legati.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Modello dei dati incapsulato
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Dichiarazione e implementazione di una classeLa costruzione di una classe avviene in due fasi: Dichiarazione o definizione della sua parte
privata e pubblica (attributi e metodi) Implementazione dei metodiLa visione di una classe è diversa per: Progettisti, che vedono anche
l’implementazione interna della classe Utenti (altri progettisti e programmatori), che
sono interessati solo all’interfaccia pubblica, con la dichiarazione delle intestazioni dei metodi
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Vantaggi interfaccia pubblica
Grazie all’interfaccia, gli utenti sono in grado di utilizzare gli oggetti di una classe per:
impostare e recuperare il valore degli attributi
richiamare i metodi
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Visibilità della classe
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Vantaggi incapsulamento
L'incapsulamento nasconde i dettagli implementativi, impedisce di falsare lo stato dell'oggetto con dei valori non ammessi
I valori delle variabili possono essere cambiati solo dall’oggetto e non dall'esterno.
L’incapsulamento soddisfa le seguenti esigenze:
programmazione molto disciplinata, a vantaggio del riuso e della manutenzione
il bisogno di modularità la necessità di distinguere nettamente tra definizione
e implementazione di un servizio (metodo)
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Classe incapsulata
Classe incapsulata = attributi privatiprivati + metodi pubblicipubblici
I vantaggi principali portati dall'incapsulamento sono: robustezza, indipendenza e l'estrema riusabilità
degli oggetti creati. Inoltre la sua manutenzione risulterà più semplice
al programmatore.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Esempio
Se non dichiaro privato l'attributo 'nome' della classe Animale, il suo contenuto può essere cambiato facilmente senza nessun controllo.
Animale fido = new Animale(“Fido”); fido.nome = “Ralph"; // ma non era Fido?? Questa è una violazione
dell'incapsulamento. Non abbiamo adeguatamente nascosto la variabile nome da modifiche arbitrarie
Giovanna Correddu - 05/04/2011
La black box
L’incapsulamento permette di vedere l'oggetto come una black-box, cioè una scatola nera della quale conosciamo l'interfaccia e sappiamo cosa fa, ma non come lo fa. All'interno della scatola nera sono occultati tutti i suoi meccanismi segreti.
Ciò è quello che avviene anche nella realtà. Si pensi ad oggetti comuni quali videogame, computer e automobile: noi non vediamo cosa c'è al loro interno, ma possiamo utilizzarli e interagire con essi.
Per es. noi utilizziamo e guidiamo l'oggetto auto senza sapere come essa è fatta al suo interno, ma agendo su di essa attraverso leve, pulsanti, pedali, pulsanti che costituiscono l'interfaccia tra l'oggetto e noi e che ci consentono di attivare tutte le sue funzionalità. Allo stesso modo richiamiamo le diverse funzioni del nostro computer col mouse attraverso un'interfaccia grafica.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Il videogame
Noi usiamo il videogame schiacciando dei pulsanti che attivano funzioni:
conosciamo e utilizziamo solo la sua interfaccia pubblica
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Il telefono
Se volessimo fare un altro esempio potremmo prendere in considerazione un telefono.
La maggior parte degli utenti, infatti, sa utilizzare il telefono, ma ne ignora il funzionamento interno.
Chiunque può alzare la cornetta, comporre un numero telefonico e conversare con un'altra persona, ma pochi conoscono in dettaglio la sequenza dei processi scatenati da queste poche, semplici azioni.
Evidentemente, per utilizzare il telefono, non è necessario prendere una laurea in telecomunicazioni: basta conoscere la sua interfaccia pubblica (costituita dalla cornetta e dai tasti), non la sua implementazione interna.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Conto Corrente Bancario
Per fare un altro esempio pensiamo ad un conto bancario. Le informazioni utili (le proprietà) potranno essere
rappresentate da: numero di conto, saldo, nome del cliente, indirizzo, tipo di conto, tasso di interesse e data di apertura.
Le azioni che operano su tali informazioni (i metodi) saranno, invece: apertura, chiusura, versamento, prelevamento, cambio tipologia conto, cambio cliente e cambio indirizzo. L'oggetto Conto incapsulerà queste informazioni e azioni al suo interno. Noi possiamo modificare lo stato del conto (il saldo, per es.) attraverso l'operazione (metodo) di prelevamento o di versamento, e tutto questo senza accedere mai direttamente alla cassaforte della banca.
Allo stesso modo è possibile interagire con l'oggetto attraverso la sua interfaccia pubblica, costituita da metodi pubblici.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Implementazione e segnatura L'implementazione dei metodi, ovvero il
loro codice, è sempre nascosta; può essere visibile solo l'interfaccia, ovvero la firma o segnatura (la definizione).
Allo stesso modo quando avviamo l'automobile dobbiamo solo sapere quale chiave girare, ma tutto ciò che accade dopo non lo vediamo e possiamo guidare l'auto anche ignorandolo!
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Implementazione dell’incapsulamento Come già detto, a livello di implementazione, si
ottiene l'incapsulamento semplicemente dichiarando privati gli attributi di una classe e quindi inaccessibili fuori dalla classe stessa. A tale scopo Java introduce il modificatore di metodo private.
L'accesso ai dati potrà essere fornito da un'interfaccia pubblica costituita da metodi dichiarati public e quindi accessibili da altre classi.
Se l'incapsulamento è gestito in maniera intelligente, le nostre classi potranno essere utilizzate nel modo migliore e più a lungo, giacché le modifiche e le revisioni potranno riguardare solamente parti di codice non visibili all'esterno.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Definizione di classe senza rispettare il principio dell'incapsulamentoClasse Auto (senza rispettare il principio dell’incapsulamento)
Classe TestAuto
class Auto { public String marca; public String modello; public int cil; private int carburante;
public Auto(){ carburante=0;
} public void avviati(){
System.out.println("mi sono avviata");
} public void rifornimento(int Carb) {
Carburante=carburante+Carb; } }
public class Test { public static void main(String args[]){
Auto miaAuto; miaAuto=new Auto(); // accesso diretto agli attributi miaAuto.marca="Fiat"; miaAuto.modello ="Punto"; miaAuto.cil=1100; miaAuto.rifornimento(40); System.out.println("marca "+miaAuto.marca); System.out.println("modello= "+miaAuto.modello); System.out.println("cilindrata= "+miaAuto.cil); miaAuto.avviati();
} }
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Classe Auto incapsulata Classe TestAutoclass Auto {
private String marca; private String modello; private int cil; private int carburante;
public Auto(){ // costruttore carburante=0;
} public void avviati(){
System.out.println("mi sono avviata"); } public void rifornimento(int Carb) {
carburante=carburante+Carb; } //metodi per l'accesso agli attributi privati public void setMarca(String m){
marca=m; } public void setModello(String m){
modello=m; } public void setCilindrata(int c){
cil=c; } public void mostraStato(){
System.out.println("marca "+marca); System.out.println("modello= "+modello);System.out.println("cilindrata= "+cil);System.out.println(“carburante= "+carburante);
} }
public class Test { public static void main(String args[]){
Auto miaAuto; // dichiarazione //creazione auto miaAuto=new Auto();
// accesso diretto agli attributi miaAuto.setMarca("Fiat"); miaAuto.setModello("Punto"); miaAuto.setCilindrata(1100); miaAuto.rifornimento(40); miaAuto.mostraDati();
}
}
Definizione di classe rispettando il principio dell'incapsulamento
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Overloading
Consente di avere più metodi con definizione e implementazione diversa, ma con lo stesso nome
Esempio: Immaginiamo di avere una classe Cane e una
classe Gatto. Nella classe Cane possiamo definire i metodi
void insegue (Cane c)oppure
void insegue (Gatto g)I due metodi hanno stesso nome, ma diversa
segnatura (cambia il tipo del parametri) e implementano due comportamenti diversi dello stesso animale
Giovanna Correddu - 05/04/2011
L’operatore “+”
Pensiamo ad un operatore aritmetico che ci è molto familiare: il “+”, ovvero l’operatore di somma.
la somma può essere fatta su tipi diversi, numeri interi, numeri in virgola mobile e perfino stringhe (in questo caso avremo la concatenazione)
si tratta di operazioni diverse, su domini diversi, che presentano però notevole similitudine concettuale in quello che fanno, per cui noi le indichiamo con lo stesso nome
In realtà l'uomo è abituato a pensare per similitudini, per cui l'overloading degli operatori, si rivelano un utile meccanismo.
Giovanna Correddu - 05/04/2011
L’istruzione println
Un altro esempio di overload riguarda il metodo che in Java prende il nome di println() (ma ci sono istruzioni analoghe in tutti i linguaggi)
Esistono almeno una decina di metodi println() diversi. È possibile passare al metodo non solo stringhe, ma
anche interi, boolean, array di caratteri o addirittura Object.
Anche in questo caso si tratta di metodi diversi con stesso nome e notevoli analogie. Il loro uso ci viene naturale e non ci piacerebbe certo se il linguaggio di programmazione a nostra disposizione ci costringesse ad utilizzare per fare operazioni simili molteplici metodi diversi come, per esempio:
printIntero() per stampare interi printReale() per visualizzare numeri reali printString() per visualizzare dati di tipo String
Giovanna Correddu - 05/04/2011
Esempio di implementazione di overloadingpublic class Matematica{
………………….
public int somma(int a, int b) { // somma interi e restituisce un intero
return a + b;}
public float somma(float a, float b) { // somma reali e restituisce un relae
return a + b;}
……………………………………
}
Quale metodo sarà utilizzato? Dipende dal tipo di parametri che verranno passati al momento
della chiamata