Dedičnosť II

Fakulta riadenia a informatiky ŽU

Dedičnosť II

1

Pojmy zavedené v 6. prednáške(1)



odstránenie duplicít medzi triedami

 skladanie

– kompozícia



dedičnosť



dedičnosť



typológia



trieda dedí



vonkajší pohľad



vnútorný pohľad



nededí konštruktory

2

Pojmy zavedené v 6. prednáške(2)



interné ukrývanie informácií



vzťahy pri dedičnosti

 predok
 potomok
 priamy predok
 priamy potomok


absolútny predok

3

Pojmy zavedené v 6. prednáške(3)



typy dedičnosti



graf dedičnosti


jednoduchá - strom dedičnosti

 jednoducha -

les dedičnosti



viacnásobná - mriežky dedičnosti

4

Pojmy zavedené v 6. prednáške(4)



porovnanie skladania a dedičnosti


znovupoužiteľnosť



implementačná závislosť



dedičnosť a interface

5

Pojmy zavedené v 6. prednáške(5)



dedičnosť a typová kompatibilita



dedičnosť a polymorfizmus



prekrývanie metód


kľučové slovo super

 jazyky -

implemetácia polymorfizmu

6

Cieľ



abstraktná trieda



vzťahy is-a, has-a

 extenzia triedy


Liskovej princíp substitúcie

 trieda Object

 projekt: KCaIB

7

Abstraktné triedy v reálnom svete(1)

8

Abstraktné triedy v reálnom svete(2)

 Trieda Vozidlo



definované chovanie (pohyb dopredu, odviesť
človeka...)



nevieme si predstaviť jej inštanciu – vybavíme si
konkrétne auto, alebo bicykel



predstavuje abstraktnú triedu

9

Projekt DCaIB(1)

10

Projekt DCaIB(2)

11

Abstraktná trieda i motivácia



inštancie vytvorené triedou AudiovizualneDielo


nemajú význam



v skutočnosti neexistujú



vytvárať možno

 trieda AudiovizualneDielo



prvotne odstránenie duplicity v triedach



predok pre rôzne typy avi diel



koreň hierarchie typov (domény)

12

Konkrétna trieda



Inštancie vytvorené triedami CD a DVD


majú význam



existujú aj v skutočnosti



Konkrétna trieda


bežne vytvára inštancie

13

Abstraktná trieda – vlastnosť



charakteristická vlastnosť – nevytvára inštancie


dobrovoľná – možno vytvoriť, nemá význam



povinná – nemožno vytvoriť, zákaz

14

Abstraktná trieda – modelovanie

 BlueJ

 stereotyp <<abstract>>
 nad menom triedy

 UML

 meno triedy

– kurzíva

15

Abstraktná trieda – BlueJ

16

Abstraktná trieda – UML

17

Abstraktná trieda – Java



kľúčové slovo abstract



hlavička triedy

public abstract class AudiovizualneDielo

{

// telo triedy

}

18

DCaIB

– metódy vypis(1)

 AVIDielo

– definícia metódy

 CD, DVD

– prekrytie metódy

 polymorfizmus


konečná podoba metódy – potomok

19

DCaIB

– metódy vypis(2)

 AVIDielo

– metóda nemá konečnú podobu

 CD, DVD

– doplnenie informácie



môže vyžadovať iné usporiadanie informácií



iné možnosti návrhu metódy v AVIDielo


prázdne telo metódy



abstraktná metóda

20

Abstraktná a konkrétna metóda



metódy v abstraktnej triede


konkrétne


definícia tela metódy v tele triedy



definícia správy v rozhraní triedy



abstraktné


definícia správy v rozhraní triedy



metódy v konkrétnej triede


len konkrétne

21

Abstraktná a konkrétna metóda – príklad



konkrétna metóda


bicykel ide dopredu po potiahnutí pedálmi – bez
ohľadu na konkrétny typ



abstraktná metóda


bicykel vie zabrzdiť – konkrétna implementácia
(čeľusťové brzdy, V-brzdy, kotúčové brzdy,
hydraulické brzdy...) závisí na konkrétnom type

22

Abstraktná metóda – UML



meno metódy kurzívou

23

Abstraktná metóda – Java



jazyková konštrukcia



zabezpečuje správu do rozhrania



nemá žiadne telo



kľúčové slovo abstract v hlavičke metódy



hlavička ukončená bodkočiarou

public abstract void vypis();

24

Abstraktná metóda – Java



abstraktná metóda – trieda musí byť abstraktná



abstraktná trieda


nechceme vytvárať inštancie – voliteľná



definuje abstraktnú metódu



dedí abstraktnú metódu

25

AVIDielo

– metóda vypis

public abstract class AudiovizualneDielo

{

...

public abstract void vypis();

...

}

26

Implementácia abstraktnej metódy



ako bežná metóda



nemá zmysel prekrývanie abstraktnej metódy


neexistujúca metóda sa nedá prekryť

=>



nepoužíva kľúčové slovo super
 super.abstraktnaMetoda()

– syntaktická chyba

27

CD

– metóda vypis

public class CD

{

...

public void vypis()

{

//

príkazy tela metódy

}

...

}

28

CD

– telo metódy vypis

System.out.println("CD:");
System.out.println(" Autor: " + aAutor);
System.out.println(" Titul: " + this.dajTitul());
System.out.println();
System.out.println(" Pocet skladieb: " +
aPocetSkladieb +
" (celkovo " +
this.dajCelkovyCas() + " minut)");
this.vypisKomentar();

29

Vzťah is-a

 is-a

– „is a“ – anglicky „je“



dedičnosť je realizáciou vzťahu is-a



každé CD „je“ audiovizuálne dielo
=>



každá inštancia CD je inštanciou
AudiovizualneDielo

30

Dedičnosť a extenzia triedy(1)

 extenzia triedy



množina všetkých inštancií



vzťah „is-a“ => aj inštancií potomkov



dôsledok


abstraktné triedy môžu mať neprázdnu extenziu

31

Dedičnosť a extenzia triedy(2)



podľa filozofie už z čias Aristotela



trieda má triádu: meno, intenziu a extenziu

 meno

– označenie triedy, napr. Ryba

 intenzia

– čo to je ryba, aké ma ryba chovanie

(implementácia triedy Ryba; sú rôzne triedy rýb)

 extenzia

– všetky inštancie, ktoré sú rybami,

majú chovanie podľa intenzie



zdroj. doc. Vojtěch Merunka

32

Operátor instanceof – extenzia

 vracia true



prvyOperand je inštanciou triedy DruhyOperand



rozšírenie

 vracia true



prvyOperand patrí do extenzie triedy DruhyOperand

prvyOperand instanceof DruhyOperand

33

Vzťah has-a



vyjadrenie vzťahu celku a jeho častí



celok má časti



obdoba vzťahu is-a pre kompozíciu (skladanie)



DigitalneHodiny „má“ CiselnyDisplej

34

Prístupové právo protected



selektívne prístupové práva


„protekcia“ pre potomkov

 public

– verejný prístup všetkým iným objektom

 private

– zákaz prístupu všetkým iným objektom



doména – podstrom dedičnosti, daný koreň

 protected

 public

– každý objekt typu z domény

 private

– každý objekt typu mimo domény

35

Protected

– UML

CD

AVIDielo

+dajTitul()

+dajCas()

+dajKomentar()

+pridajKomentar()

#vypisCas()

+dajAutora()

+dajPocSkl()

+vypis()

# - protected

36

Dedičnosť a návrh tried



generalizácia



špecializácia



dedičnosť – vzťah „genspec“

37

Generalizácia

 KCaIB

 trieda CD
 trieda DVD
 z nich
 trieda AudiovizualneDielo

38

Samostatné triedy CD a DVD

CD

DVD

39

Vytvorenie spoločnej časti AD

AD

generalizácia: (CD, DVD) → AD

40

Nová trieda VHS

VHS

AD

špecializácia: AD → VHS

41

Nová trieda VHS

AD

VHS

DVD

CD

42

Nebezpečenstvá dedičnosti



explózia tried



nelogické použitie (zneužitie) dedičnosti



porušenie Liskovej princípu substitúcie



zvyšovanie implementačnej závislosti

43

„Technická“ dedičnosť

2

2

r

S

r

O









2

4

r

S

r

O





rb

S

b

r

O







2

2

44

„Logická“ dedičnosť

45

Barbara Liskov(*1939)

 1987

– princíp

substitúcie pre typy

 2004

– medaila

Jon von Neumana

 2008

– cena

A. M. Turinga

46

The Liskov Substitution Principle (LSP)

 Let q(x) be a property provable about objects x

of type T. Then q(y) should be true for objects y
of type S where S is a subtype of T.

 Nech q(x

) je preukázateľná vlastnosť objektu x

typu T. Potom q(y

) by mala platiť pre objekt y

typu S, kde S je podtyp typu T.

47

Liskovej princíp substitúcie



Ak existuje vlastnosť predka, ktorú nemôže
potomok splniť = porušený substitučný princíp.



Ľubovoľná referencia na inštanciu predka by
mala byť nahraditeľná referenciou na inštanciu
potomka bez ovplyvnenia funkcionality.

 vlastnosti

– uvedené v dokumentácii

48

Dedičnosť: Obdlznik – Stvorec



štvorec – špeciálny prípad
obdĺžnika



obe strany rovnaké

49

Dedičnosť: Obdlznik – Stvorec

50

metóda nastavSirku

public void nastavSirku(int paSirka)

{

super.nastavVysku(paSirka);

super.nastavSirku(paSirka);

}

51

Test objektov typu Obdlznik

private void pomocObsah(Obdlznik paObdlznik)

{

paObdlznik.nastavSirku(5);

paObdlznik.nastavVysku(4);

assertEquals(

20,

paObdlznik.dajSirku() * paObdlznik.dajVysku()

);

}

52

Test objektov typu Obdlznik

public void testObsahTriedaObdlznik()

{

this.pomocObsah(new Obdlznik());

}

public void testObsahTriedaStvorec()

{

this.pomocObsah(new Stvorec());

}

53

Dedičnosť: Obdlznik – Stvorec(1)



obdĺžnik a štvorec sú rôzne útvary



niektoré vlastnosti rovnaké



niektoré vlastnosti rôzne



rovnaké vlastnosti – abstraktný predok



špecifické vlastnosti – konkrétni potomkovia

 polymorfizmus

– abstraktné metódy predka

implementujú potomkovia svojím spôsobom

54

Dedičnosť: Obdlznik – Stvorec(2)

55

Riziká porušenia LSP



predok a potomok sú konkrétne triedy



potomok prekrýva metódy predka

56

Znižovanie rizika porušenia LSP



implementácia abstraktných metód



zvážiť vzťah dedičnosti konkrétnych tried



zvážiť prekrývanie konkrétnej metódy predka



zvážiť využívanie metódy predka pomocou
super

v prekrývajúcej metóde

57

Java

– trieda Object

Object

equals()

toString()

 boolean equals(Object paObject)
 String toString()

58

Object

– toString()



textová reprezentácia objektu

 String toString()



názov Triedy objektu (dynamický typ)

 znak@


adresa objektu v pamäti

 System.out.println(objekt)


reťazcový operátor +



objekt nie je reťazec – automatické použitie
toString

59

Object

– equals(Object paObjekt)



relácia ekvivalencie pre dva objekty (referencie)



trieda Object: ekvivalentná s operátorom ==



podmienky relácie:


x, y, z: rôzne od null



reflexívna: x.equals(x) = true



symetrická: x.equals(y)

 y.equals(x)



tranzitívna: x.equals(y) and y.equals(z)

 x.equals(z)



prístupová metóda, nemení stav porovnávaných
objektov

 x.equals(null) = false

60

Object

– equals(Object paObjekt)



== rovnosť identity dvoch referencii


implikuje rovnosť stavov

 equals

– rovnosť stavu dvoch objektov



pri prekrytí musia byť dodržané podmienky

61

Trieda Object a LSP(1)



nie je definovaná ako abstraktná



má zmysel vytvárať inštancie?



väčšinou používame ako abstraktnú



porušenie LSP?

62

Trieda Object a LSP(2)



zdedená toString od Object – má zmysel pre
potomka?



„Vytvára textovú reprezentáciu inštancie.“


dokumentácia Java



vlastnosť inštancie je definovaná
dokumentáciou.



LSP neporušujeme pri takomto chápaní
významu metódy toString.

Dedičnosť – zvyšovanie závislosti



nutnosť poznania implementácie predka

=>



porušenie zapúzdrenia



zvyšovanie implementačnej závislosti medzi
triedami

63

64

Príklad závislosti(1)

public class Katalog

{

private List<AVIDielo> aDiela;

public Katalog()

{

aDiela = new List<AVIDielo>();

}

…

}

65

Príklad závislosti(2)

public pridaj(AVIDielo paDielo)

{

aDiela.add(paDielo);

}

public pridajZoznam(List<AVIDielo> paZoznamDiel)

{

for (AVIDielo dielo : paZoznamDiel) {

this.pridaj(dielo);

}

}

Potomok s počítaním

66

public class PocitaciKatalog extends Katalog

{

private int aPocet;

public PocitaciKatalog()

{

aPocet = 0;

}

…

}

67

Príklad závislosti(2)

public pridaj(AVIDielo paDielo)

{

aPocet++;

super.pridaj(paDielo);

}

public pridajZoznam(List<AVIDielo> paZoznamDiel)

{

aPocet += paZoznamDiel.count();

super.pridajZoznam(paZoznamDiel);

}

V čom je problém?



správne počíta, ak používame správu pridaj()



ak použijeme pridajZoznam(), ráta zle


zaráta dvojnásobok

68

69

Polymorfizmus a dedičnosť(1)

 polymorfizmus

– definuje chovanie objektov



vychádza zo základného princípu – posielania
správ



nezávisí od dedičnosti



„čistý“ princíp – len chovanie

70

Polymorfizmus a dedičnosť(2)



dedičnosť – definícia hierarchie typov



definuje štruktúru objektov



napĺňa princíp reuse



poskytuje implementačný komfort



môže zahŕňať aj polymorfizmus


prekrývanie metód



implementácia abstraktných metód



„zmiešaný“ princíp – štruktúra + chovanie

71

Názov „dedičnosť“(1)



dedičnosť dovoľuje zaviesť hierarchiu typov



dedičnosť – nesprávny názov


neznamená dedenie génov



neznamená dedenie majetku

72

Názov „dedičnosť“(2)



vzťah is-a, generalizácia/špecializácia



dokumentácia UML – prevažuje generalizácia



generalizácia používajú aj nástroje



odvádza pozornosť od podstaty – hierarchia
typov

– k implementačným detailom – čo trieda

dedí

73

Vytváranie inštancií tried



štyri spôsoby


klasická trieda

 singleton
 enum


abstraktná trieda

74

Klasická trieda



správa new – verejné rozhranie triedy



verejný konštruktor



ľubovoľný počet inštancií

 extenzia

– všetky inštancie triedy a jej potomkov

75

Singleton



správa new – neverejné rozhranie triedy



neverejný konštruktor



žiadosť o inštanciu – správa dajInstanciu()
– verejné rozhranie



najviac jedna inštancia

 extenzia

– najviac jedna inštancia

76

(Objektový) enum



bez správy new



konštruktor bez definovaných prístupových práv



počet inštancií je pevne daný



priamo definovaný zoznam inštancií

 extenzia

– pevne daná množina inštancií

77

Abstraktná trieda



bez správy new



verejný konštruktor



ľubovoľný počet inštancií

 extenzia

– všetky inštancie potomkov

78

Zabránenie prekrytia metódy

 ak sa nesmie

prekrývať konkrétna metóda



zabránenie polymorfizmu danej metódy



nevzťahuje sa na preťaženie



kľúčové slovo final v hlavičke metódy

public final int dajCelkovyCas()
{
return aCelkovyCas;
}

79

Koncová trieda



odvodená trieda nemá zmysel



vždy konkrétna



všetky metódy automaticky final



kľúčové slovo final v hlavičke triedy

public final class CD
{
...
}

80

Zhrnutie(1)



Abstraktná trieda


v reálnom svete

 v jazyku Java
 v BlueJ/UML



Konkrétna trieda



Abstraktná metóda


v reálnom svete

 v jazyku Java

81

Zhrnutie(2)



Vzťah is-a



Dedičnosť a extenzia triedy



Triáda triedy
 meno
 intenzia
 extenzia



instanceof v hierarchii dedičnosti

82

Zhrnutie(3)

 viac o LSP


riešenie problému štvorec-obdĺžnik pomocou
abstraktnej triedy



riziká porušenia LSP


znižovanie rizika

 trieda Object a LSP



polymorfizmus vs dedičnosť

83

Zhrnutie(4)



vytváranie inštancií tried


klasická trieda

 singleton
 enum


abstraktná trieda



modifikátor final


zabránenie prekrytia metódy



koncová trieda

Ďakujem za pozornosť