Letný semester, prednáška č. 2

Oznamy

• Na test pre pokročilých sa v prípade záujmu treba prihlásiť do utorka 23. februára, 11:30.
• Prvú bonusovú úlohu treba odovzdať do stredy 24. februára, 11:30.

Základné koncepty objektovo orientovaného programovania

Objekty a triedy

Dvoma najzákladnejšími konceptmi objektovo orientovaného programovania (OOP) sú triedy a objekty.

• Trieda (angl. class) je typ, ktorý podobne ako struct v C/C++ môže združovať údaje rôznych typov. Okrem toho ale obvykle obsahuje aj definície metód na manipuláciu s týmito údajmi.
• Objekt (angl. object) je inštancia triedy – obsahuje teda už nejakú konkrétnu sadu údajov vyhovujúcu definícii triedy, na ktorú možno aplikovať metódy triedy.
• Triedu teda možno chápať ako „vzor”, podľa ktorého sa vytvárajú objekty.

Príklad: nasledujúca trieda Fraction reprezentuje zlomky. Obsahuje dve premenné numerator a denominator zodpovedajúce čitateľu a menovateľu zlomku a metódu na vyhodnotenie zlomku.

public class Fraction {
    int numerator;
    int denominator;

    double evaluate() {
        return (double) numerator / denominator;
    }
}

Inštanciami tejto triedy, t.j. objektmi typu Fraction, sú konkrétne realizácie triedy Fraction (napr. zlomok s čitateľom 2 a menovateľom 3). O spôsobe ich vytvorenia si povieme o chvíľu. Avšak v prípade, že už máme nejakú inštanciu fraction triedy Fraction vytvorenú, môžeme hodnotu zlomku vypísať napríklad nasledovne:

Fraction fraction;

// Sem pride vytvorenie instancie triedy Fraction a jej priradenie do premennej fraction.

System.out.println(fraction.evaluate());

Príklad: časť triedy reprezentujúcej zásobník implementovaný pomocou poľa (čo je v Jave značne suboptimálne riešenie) by mohla vyzerať napríklad nasledovne.

public class MyStack {
    int data[];
    int pocet;

    int pop() {
       pocet--;
       return data[pocet];
    }

    // Dalsie metody (napr. push) ...
}

Ak si opäť odmyslíme vytvorenie samotného zásobníka, môžeme so zásobníkom typu MyStack pracovať napríklad takto:

MyStack stack;

// Sem pride vytvorenie zasobnika a napriklad niekolko prikazov push.

int x = s.pop();

Neskôr uvidíme, že medzi štandardnými triedami jazyka Java možno nájsť aj množstvo dátových štruktúr a medzi nimi aj triedu Stack pre zásobníky. Príklad vyššie je teda iba ilustračný a tvorbe tried podobného druhu je vo všeobecnosti lepšie sa vyvarovať.

Príklad: v Jave sú všetky typy okrem primitívnych triedami a ich inštancie sú teda objektmi. S výnimkou veľmi špecifického prípadu polí (o ktorom si viac povieme neskôr) pôjde o triedy a objekty v podobe, v akej si ich predstavíme na tejto prednáške.

Referencie na objekty

Premenná, ktorej typom je trieda, obsahuje referenciu na objekt, ktorý je inštanciou tejto triedy.

• Podľa toho sa teda správajú operátory = a ==.
• K premenným a metódam objektu, na ktorý príslušná referencia ukazuje, pristupujeme pomocou operátora . a píšeme napríklad fraction.numerator alebo fraction.evaluate().

Fraction fraction1, fraction2;

// ...

fraction1 = fraction2;    // Obidve premenne ukazuju na to iste miesto v pamati.
fraction1.numerator = 3;  // Zmeni sa aj hodnota fraction2.numerator.

• Do premennej, ktorej typom je trieda, možno priradiť hodnotu null – v takom prípade ide o referenciu, ktorá neukazuje na žiaden objekt.

Konštruktory a inicializácia objektov

Často je potrebné súčasne s vytvorením objektu vykonať rôzne inicializačné úkony – napríklad pri zásobníku typu MyStack alokovať pole, pri zlomkoch typu Fraction inicializovať premenné na vhodné hodnoty, a pod. Na takúto inicializáciu objektov v Jave slúžia špeciálne metódy – takzvané konštruktory. Volanie konštruktorov je neodmysliteľne späté s vytváraním objektov.

• Názov konštruktora je vždy rovnaký ako názov triedy, ku ktorej patrí (špeciálne teda ide o jediné metódy, ktorých názov podľa konvencie začína veľkým písmenom).
• Do hlavičky konštruktora sa nepíše návratová hodnota (konštruktor žiadnu nemá). V opačnom prípade pôjde o bežnú metódu (nie o konštruktor), čo môže viesť k pomerne nepríjemným chybám.
• Prípadné argumenty sa zapisujú rovnako ako pri ktorejkoľvek inej metóde.
• Pre jednu triedu možno definovať aj viacero konštruktorov, ktoré sa však musia líšiť postupnosťou typov argumentov (aby bolo pri volaní jasné, o ktorý z konštruktorov ide).

Príklad: pre triedu Fraction môžeme napísať napríklad nasledujúce dva konštruktory.

public Fraction() {
    numerator = 0;
    denominator = 1;
}

public Fraction(int num, int denom) { // Neskor uvidime, ze nie je nutne pre argumenty konstruktora a premenne instancie volit ine nazvy
    numerator = num;
    denominator = denom;
}

• Ak pre triedu nedefinujeme žiaden konštruktor, automaticky sa vytvorí konštruktor bez parametrov, ktorý v princípe sám o sebe neurobí nič, ale je možné ho zavolať (bez čoho objekt nevytvoríme).

Samotné vytvorenie inštancie triedy sa realizuje pomocou operátora new, za ktorým nasleduje volanie niektorého konštruktora.

Fraction f1 = new Fraction();
Fraction f2;
f2 = new Fraction(2, 3);

System.out.println(f1.evaluate());
System.out.println(f2.evaluate());

• Operátor new dynamicky alokuje pamäť pre objekt, zavolá príslušný konštruktor a vráti referenciu na vytvorený objekt.
• Nie je potrebné starať sa o neskoršie odalokovanie pamäte – túto úlohu v JVM vykonáva tzv. garbage collector.

Na rozdiel od lokálnych premenných sú premenné inštancií alokované automaticky, a to na hodnoty 0, false, alebo null v závislosti od typu premennej. Prípadne je možné niektoré premenné inštancií inicializovať aj explicitne na odlišné hodnoty:

public class Fraction {
    int numerator;        // Inicializuje sa na nulu.
    int denominator = 1;

    // ...
}

Alternatívne možno premenné inicializovať v rámci konštruktora, rovnako ako v jednom z vyššie uvedených príkladov. Pri vytváraní inštancie triedy pomocou operátora new sa jednotlivé procesy vykonajú v nasledujúcom poradí:

• Najprv sa vykoná automatická alebo explicitná inicializácia premenných (a to aj v prípade, že nebol definovaný žiaden konštruktor triedy a je tak volaný jej východzí konštruktor bez parametrov).
• Až následne sa spustí volaný konštruktor.

Odkazy

• Tutoriál jazyka Java: Classes and Objects