aula08 projetoSistemas RelacionamentosEntreClasses 2012.2

Relacionamentos entre Classes

Projeto de Sistemas

Relacionamentos entre classes

• Para o iniciante, a gama muito variada de possíveis opções de relacionamentos entre classes costuma mais confundir do que ajudar

• Classificação: mecanismo primário para compreender o mundo a nosso redor

• Herança: adiciona ao encapsulamento a habilidade de expressar relacionamentos entre classes

• Relacionamento entre superconjunto e subconjunto (em POO: superclasse e subclasse)

• Superclasses e subclasses podem formar hierarquias

Tipos de relacionamento de herança

• Extensão: novas classes preservam a classe original e adicionam membros

• Especificação: responsabilidades são atribuídas a uma classe, a qual deve implementá-las

• Herança polimórfica: combinação de extensão e especificação

Relacionamento de extensão

• uma subclasse extende uma superclasse

• todos os membros (atributos e métodos) da superclasse são preservados

• novos atributos ou métodos são adicionados • Também chamada de subtipo estrito

• Herança da interface (ou métodos públicos) da superclasse e também da implementação

Relacionamento de especificação

• Uma superclasse especifica um conjunto de responsabilidades

• A subclasse deve cumprir estas responsabilidades

• A superclasse não implementa nada, este trabalho é deixado para a subclasse

• Herança apenas da interface (declaração dos métodos públicos)

Herança polimórfica

• Combinação entre extensão e especificação • A subclasse herda:

– a interface da superclasse

– uma implementação default ou, pelo menos, de alguns dos métodos da superclasse

• A subclasse pode reescrever (sobrepor, sobrescrever, override) um ou mais métodos herdados para prover comportamento

específico

• Pode-se exigir que a subclasse providencie a implementação de um método particular

• Herança polimórfica: prover comportamento especializado em resposta às mesmas mensagens

Descobrindo relacionamentos de

herança

• Evolução da hierarquia de herança

– Processo iterativo de especialização top-down e generalização bottom-up

• Partindo do problema, você pode descobrir diferentes situações para o uso de herança

– Especialização – Subtipo estrito – Generalização – Especificação – Especificação pura – Especificação e especialização

Especialização

• Associação é-um-tipo-de ou é-um (is-a). A subclasse é um tipo especial da classe pai

• A subclasse pode herdar dados e métodos da superclasse

• Ex.: Uma MaquinaDeVenderCafé é uma forma especializada de uma MaquinaDeVender

– Atributos e métodos de MaquinaDeVender são herdados na classe MaquinaDeVenderCafé

– Novos atributos e métodos são adicionados na classe MaquinaDeVenderCafé

Substituibilidade e Subtipos

• Uma classe é um subtipo se atende ao princípio de substituibilidade de Liskov

• O princípio faz o seguinte teste:

– Um objeto da subclasse mais especializada pode ser usado em qualquer lugar em que um objeto da

superclasse seria usado?

• O princípio é semântico

– Embora a linguagem OO não proíba alteração do

significado dos métodos reescritos, o princípio de Liskov não o permite

Exemplo que não atende o princípio

de Liskov

public class SuperClass {

public int add(int a, int b) { return a + b; }

public int subtract(int a, int b) { return a - b; } }

public class SubClass extends SuperClass {

public int add(int a, int b) { return a - b; }

public int subtract(int a, int b) { return a + b; } }

Subtipos estritos

• Um subtipo é estrito quando:

– atende ao princípio de Liskov (semântica)

– preserva inalterados todos os métodos públicos da superclasse

• Um subtipo estrito pode, por outro lado, adicionar novos atributos e métodos

Generalização

• Numa hierarquia de classe, pode-se notar que certas classes têm dados e métodos em comum

– Esta situação abre possibilidades de generalização

• Generalização (bottom-up) é o espelho da especialização (top-down)

– A diferença está no modo como o relacionamento foi descoberto

• Especialização e generalização permitem compartilhar interface e implementação

Especificação

• Em alguns casos, o programador sabe o que uma classe deve fazer, mas não sabe como ela deve fazê-lo

• Especifique o que a subclasse deve fazer e deixe o compilador cuidar que cada subclasse o faça • Especificação é também chamada de herança

de interface, pois apenas a interface pública da superclasse é herdada

Especificação pura

• Útil quando se quer um comportamento comum para classes não-relacionadas

• A subclasse não herda nenhuma implementação de método e nenhum campo variável

• Classes que implementam uma especificação pura não precisam ser substituíveis no sentido de Liskov, exceto em relação à interface que implementam

• Em Java, usa-se o mecanismo de interface para implementar especificações puras

Especialização e Especificação

• Às vezes, é necessário:

– implementar algum comportamento padrão para ser usado pelas subclasses

– especificar um outro comportamento que uma subclasse deve realizar por conta própria

• A solução é a combinação da especialização com a especificação

Contração (herança de implementação)

• Consiste em:

– Aproveitar algum comportamento existente na superclasse

– Reescrever todos os outros métodos que não interessam como métodos vazios

• Herança que se deve evitar, por três motivos:

– Viola o princípio da substituibilidade

– Dá mais trabalho que fazer a coisa certa. Simplesmente, use composição que se resolve o problema.

Equívocos da contração

– Você tem uma classe Cadillac, que possui um sistema de som estéreo – Você resolve criar um novo sistema de som, SoundSystem, e usa o

Cadillac como base

– Você substitui os métodos dirigir() e acelerar() por métodos vazios – A composição de SoundSystem com um Cadillac dentro pode ser

esdrúxulo, mas é melhor que a contração

• Exemplo 2:

– Todos os pássaros podem voar. – Pinguins são pássaros.

Mecanismos de herança em Java

• Herança com extensão usando extends • Herança com especificação usando

implements

Mecanismo de extensão em Java

(

extends)

• Use a palavra-chave extends para criar uma subclasse

– Atributos e métodos serão herdados

– Novos atributos e métodos podem ser adicionados

• Uma extensão simples supõe que:

– mais funcionalidade pode ser adicionada

– a implementação existente deve permanecer invariante

Extensão simples

• Deseja-se estender a classe existente, mas sem modificar a implementação da classe base

• Métodos herdados não podem ser modificados • use a palavra-chave final antes de todos os

métodos públicos da classe-mãe

• Extensão simples é a herança de uma interface obrigatória bem como de uma implementação obrigatória

Mecanismo de especificação em

Java

(

implements)

• Especificações puras em Java são realizadas através do

mecanismo interface/implements

• Interfaces definem os métodos que devem ser implementados (todos) pela subclasse

• Se algum método na interface não é implementado, o compilador percebe esta omissão e aponta um erro • Quaisquer atributos numa interface são

implicitamente public final, ou seja, constantes

Mecanismo de especificação em

Java

(

implements)

• Interfaces promovem herança de uma interface obrigatória sem nenhuma implementação

• Em Java, uma classe pode implementar várias interfaces

– Este atribuito serve para simular herança múltipla

• Classes que implementam uma interface não

precisam ser substituíveis no sentido de Liskov, exceto em relação à interface que implementam

– Ex.: Uma classe que implementa a interface Runnable é-um objeto Runnable e pode ser usada em qualquer lugar onde um objeto

Herança polimórfica em Java

• Polimorfismo: prover comportamento

especializado em resposta às mesmas mensagens • Combinação de extensão e especificação

• Tipo de herança mais comum • Herda-se, neste caso:

– interface (assinatura dos métodos públicos) da superclasse

– implementação default de, pelo menos, alguns dos métodos da superclasse

Herança polimórfica em Java

• Usam-se as palavras-chave final,

abstract e extends para definir que partes da classe estendida...

– ... não podem ser modificadas (interface e implementação obrigatórias)

– ... devem ser modificadas (interface obrigatória sem implementação default)

– ... podem ser modificadas (interface obrigatória e implementação opcional)

... não podem ser modificadas (interface obrigatória e implementação obrigatória)

• Alguns métodos podem ser invariantes, como na extensão simples

• Estes métodos devem ser marcados como final

... devem ser modificadas (interface

obrigatória sem implementação default)

• Alguns métodos podem ser especificados na

superclasse embora não tenha sua implementação definida lá

• Estes métodos devem ser começar com a palavra-chave abstract na superclasse e terminar com um ponto-e-vírgula (sem corpo)

• Na subclasse, o método abstrato deve, obrigatoriamente, ser implementado

... podem ser modificadas (interface obrigatória e implementação opcional)

• Alguns métodos da superclasse podem ser

sobrescritos (sobrepostos, overriden), permitindo às subclasses se comportarem de maneira especializada • Estes métodos não devem ser marcados como

final, para permitir que as subclasses os redefinam

• A subclasse não precisa redefinir estes métodos, trata-se de uma implementação opcional

Uma checklist de herança

• Que mecanismo usar?

– Classes finais – Métodos finais

– Métodos abstratos – Métodos sobrescritos

– Classes puramente abstratas – Interfaces

Use classes finais quando...

• ... sua classe não deve ser estendida

– Impede-se a extensão marcando a classe inteira como final

– Se a classe não é final, você está dizendo que ela pode ser estendida

Use métodos finais quando...

• ... você quer modelar um relacionamento de subtipo estrito entre duas classes

– Marcar um método como final faz o método ser invariante para todas as subclasses

– Se o método não é final, é porque você quer o contrário: que o comportamento possa ser variável para alguma(s) subclasse(s)

• ... Um método realiza operações de um modo que deve ser invariante mesmo quando novas classes são criadas

Use métodos abstratos quando...

realizar uma operação, mas a superclasse não tem como prover uma implementação default • ... você quer escrever código em termos da

superclasse, mas, de fato, vai usar objetos de subclasse

• ... você quer forçar uma subclasse a

implementar um certo comportamento, (e.g., inicialização)

Use métodos sobrescritos quando...

• ... uma superclasse pode definir um razoável comportamento default para um método

• ... mais do que uma subclasse pode usar o comportamento default

– Se apenas uma subclasse usa o comportamento default, o método da superclasse deveria ser abstrato e a subclasse o implementaria

• ... objetos de subclasse devem realizar a mesma operação de diferentes modos, embora façam uso de algum comportamento comum para fazê-la

– Se mais de uma subclasse usa a operação default e pelo menos uma faz diferente, use um método sobrescrito

– Se todas as subclasses precisam adicionar algo ao método default, coloque o código comum num método helper protegido e faça o método a ser

Use classes puramente abstratas quando...

comum na superclasse, ainda que não possa implementar os métodos

• ... você está projetando uma hierarquia de classes que pretende modelar classes

Use interfaces quando...

comportamento comum, mas não são relacionadas de outra maneira

• ... não existe implementação comum a ser

herdada, mas você quer impor uma interface obrigatória

• ... você precisa combinar vários