(c)BIT - Ud.3 Curso Java: unidades didacticas

Curso JAVA
Unidad 3: "Clases, objetos, herencia y polimorfismo"

Objetivos de la Unidad:

Conocer las nociones de objeto y clase
Conocer el mecanismo de sobrecarga
Orientaci�n a objetos y papel del constructor
Asimilar los mecanismos de la herencia y el polimorfismo
Conocer el concepto de interface
Conocer el funcionamiento de los �mbitos y paquetes
Inner classes

Nota: El material que viene a continuaci�n debe servir de repaso o referencia para quien conozca C++ y programaci�n orientada a objetos y entenderlo podr�a servir como objetivo para quien no tenga estos conocimientos.

Clases

Una clase es la definici�n de un objeto
Una vez definida la clase podremos crear tantos objetos como queramos de esta clase
Un objeto ocupa un lugar en memoria. Una clase no ocupa nada ya que es una definici�n que utiliza el compilador para crear los objetos.
Las clases contienen miembros los cuales pueden ser atributos (datos) o m�todos (funciones)

public class Circulo
{
// atributos (o tambi�n variable miembro)

    int x;
    int y;
    int r;

    // m�todos

    public double area()
    {
        return Math.PI * Math.pow(r, 2);
    }
}

En la siguiente linea de codigo se declara una referncia de nombre "c" a un objeto de la clase Circulo, se crea un objeto de clase Circulo y se asigna a dicha referencia:

Circulo c = new Circulo;

Dentro de las clases cada miembro pertenece a un �mbito concreto en funci�n de la accesibilidad que queramos darle desde fuera de la clase a cada miembro.

Tipos

Definici�n de tipo abstracto de datos (TAD): "Un tipo de datos es un conjunto de valores sobre los cuales podemos aplicar un conjunto dado de operaciones las cuales cumplir�n ciertas propiedades":
Los tipos en Java se definen mediante clases.
A menudo se utiliza indistintamente "tal objeto es de tal clase" y "tal objeto es de tal tipo".
La noci�n de tipo es m�s amplia que la de clase. Un mismo tipo puede implementarse con clases construidas distintamente por dentro (algoritmos m�s o menos eficientes).
Desde fuera, el programador usuario de la clase no debe verse afectado por la implementaci�n espec�fica. De ah� el t�rmino abstracto (caja negra)

�mbitos

Las palabras reservadas para los �mbitos son: public, private y protected.
Si public se aplica a una clases significa que la clase es visible fuera del paquete.(desde cualquier m�todo de cuaquier clase el compilador es capaz de conocer el tipo)
S�lo puede haber una clase public dentro de un .java.
public, private y protected se pueden aplicar a los miembros de una clase:
public significa que es accesible desde cualquier sitio (paquete).
private significa que es accesible s�lo desde la propia clase.
protected significa que es accesible desde el paquete y adem�s por las subclases sea en el paquete que sea.
private protected significa que es accesible desde las subclases sea en el paquete que sea.
Si no se especifica nada se dice que el �mbito es "friendly" lo que significa que hay accesibilidad desde dentro del paquete.
Se puede dar un acceso selectivo tambi�n a los constructores, retringiendo los posibles modos de construcci�n de los objetos seg�n los distintos �mbitos.

Sobrecarga de m�todos

Pueden haber varios m�todos con el mismo nombre.
Regla pr�ctica: El nombre completo de un m�todo se compone de:

<Nom. clase>.<Nom. m�todo>@<Tipo par�metro 1>@<Tipo par�metro 2>...

El nombre completo de area es:

Circulo.area@void

Por lo tanto podr�a coexistir perfectamente con un m�todo que recibiera un int como par�metro (desde el punto de vista Java son m�todos distintos)

Circulo.area@int

Orientaci�n a objetos

Si se trabajara de manera mostrada en el punto anterior, en un paso posterior del programa habr�a que inicializar los atributos (variables miembro) del objeto.
Precisamente este asunto es una de las novedades metodol�gicas de la programaci�n orientada a objetos: La separaci�n entre declaraci�n e inicializaci�n de variables ha supuesto desde siempre una causa de errores fundamantalmente debido al olvido en las inicializaciones.
Ahora se pretende que se pueda garantizar en lo posible que si un objeto existe, �ste tiene sus variables miembro con valores consistentes. La operaci�n de "construcci�n de un objeto" incluye declaraci�n e inicializaci�n.
Para ello se utilizan unos m�todos denominados constructores que tienen esta funci�n: Ser un paso obligado en la creaci�n de los objetos.
Al ser un m�todo en �l se deber� escribir el c�digo necesario para asegurar la validez de los datos de inicializaci�n y todas las comprobaciones pertinentes.
Los constructores son m�todos que tienen el mismo nombre que la clase.
Pueden haber varios constructores ya que pueden sobrecargarse. Y no solamente pueden, sino que es muy deseable (La sobrecarga de m�todos est� disponible en los lenguajes orientados a objetos precisamente para permitir la sobrecarga de constructores)
Se tendr�n tantos constructores como v�as quieran contemplarse de inicialiar los objetos.
Desde dentro de un m�todo se puede obtener una referencia al objeto espec�fico sobre el que se est� ejecutando dicho m�todo mediante la palabra reservadathis.
this puede servir para discernir a qu� nivel nos estamos refiriendo. Suponganos que un m�todo recibe un par�metro int x y que la clase tiene una variable miembro int x. �C�mo hacemos referencia a esta variable miembro? La respuesta esthis.x

Ejemplos de constructores

Por ejemplo, para la clase Circulo podr�a ser conveniente definir dos constructores: Uno para crear un c�rculo a partir de dos coordenadas x e y para el centro y del radio.
El segundo constructor servir�a para crear un Circulo a partir de otro Circulo (Concepto de constructor copia).
Veamos ambos casos:

public Circulo(int x, int y, int r)
{
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.r = r;
}

public Circulo(Circulo c)
{
    this.x = c.x;
    this.y = c.y;
    this.r = c.r;
}

Herencia

Una clase puede definirse a partir de otra. Ser� una subclase.
Una subclase es una clase m�s especializada que la clase base.
Una subclase se denomina clase derivada de una clase base.
Una clase base puede tener varias clases derivadas y as� sucesivamente. Se produce una estructura de �rbol que se denomina Jerarqu�a de Clases.
La subclasificaci�n es un modo de estructurar los conocimientos.
Sobre este tema es una muy buena referencia el libro "An�lisis y Dise�o orientado a objetos" de Grady Booch (Ed. Addison Wesley Iberoamericana)
Desde el punto de vista de la programaci�n la herencia es interesante para reutilizar el c�digo existente.

Motivaciones y prestaciones de la herencia

Podemos crear una clase derivada a partir de una clase de la cual no tengamos su c�digo fuente sino el .class compilado. Se utiliza la palabra reservada extends para indicarla (ver ejemplo).
Para ello deben darse la circunstancia de que tengamos una documentaci�n m�nima de sus miembros p�blicos (c�mo usarlos: nombres de m�todos, par�metros y sus significados).
S�lo conociendo una parte del comportamiento de una clase puede interesarnos derivar otra m�s especializada y aprovecharnos de utilizar aquellos aspectos que nos interesan y/o personalizar/a�adir los que convengan.
La subclase dispone de todos los miembros de la clase base m�s los propios de ella misma. Se dice que hereda los miembros de la clase base.
Cuando se dicen que los constructores no se heredan significa que la clase derivada no dispone de un m�todo con el nombre de la clase base (el constructor de la clase base)
Ello no significa que no se pueda aprovechar el constructor de la clase base, especialmente cuando no se tiene el c�digo fuente ni se sabe qui�n lo ha desarrollado.
Para resolver este aspecto se dispone de un m�todo denominado super hace referencia a un costructor de la clase base.
Por tanto, si la primera instrucci�n de un costructor de clase derivada invoca a super() en funci�n de los tipos de los par�metros pasados llama al costructor correspondiente y construye la parte de clase base del objeto. El resto del cosntructor se encargar� de inicializar los atributos espec�ficos de la clase derivada.

Aspectos pr�cticos de la herencia

�Qu� ocurre si una clase derivada tiene miembros con el mismo nombre que otros miembros de la clase base? La definici�n m�s local tapa a la m�s global. Es decir, el miembro de la clase derivada tapa al de la clase base con el mismo nombre.
Si el miembro es un m�todo se produce lo que se denomina sobreescritura de m�todo.
Ejemplo:

        ObjGraf
        |
        +----- Rectangulo
        +----- Circulo

La jerarqu�a de clases de Java (est�ndar) puede consultarse en http://www.chez.com/classes.
La clase ObjGraf corresponde a un objeto gr�fico gen�rico del cual todav�a no se sabe su forma espec�fica.
Rectangulo es una subclase de ObjGraf. Por tanto un objeto de la clase Rectangulo tambi�n pertenece a la clase ObjGraf.
Al programar esto se traduce en que no habr� problemas de conversi�n de tipo al asignar un objeto de la clase Rectangulo a una variable de la clase ObjGraf, puesto que son de la misma clase.
No ocurre as� al rev�s. En principio no se puede asignar un objeto de la clase ObjGraf a una variable de la clase Rectangulo, puesto que habr� atributos que quedar�n indefinidos pudi�ndose romper la consistencia de datos interna del objeto.
S�lo se podr� hacer si el programador fuerza una conversi�n expl�cita (casting).
A diferencia que en C++ en Java no hay destructores. Java tiene un sistema propio de eliminaci�n de memoria desreferenciada denominado Garbage Collector que se describir� m�s adelante.

Polimorfismo

Cuando se llama a un m�todo el c�digo generado por el compilador consulta una tabla oculta de punteros a funciones que dispone cada clase. La direcci�n de la funci�n llamada no se asigna en tiempo de compilaci�n como ocurre con el linkaje est�tico del C sino que se obtiene la direcci�n de la funci�n llamada justo en el momento antes de ejecutarse.
El polimorfismo consiste en poder definir m�todos con la misma signatura en diferentes niveles de la jerarqu�a de clases y que durante la ejecuci�n el programa sepa discernir a qu� m�todo llamar en cada caso.
Por ejemplo, de los objetos gr�ficos se debe poder clacular su �rea. Para ello se definir� un m�todo area() en cada clase mecionada: ObjGraf, Rectangulo y Circulo.
Es claro que el c�digo de la rutina area() de un Rectangulo y un Circulo es distinto.
Sin embargo tanto uno como el otro dispondr�n de un m�todo con el mismo nombre y signatura: area().
Supongamos que tenemos un array de referencias a objetos ObjGraf (que en realidad cada uno de ellos ser� Rectangulo y/o Circulo).
El polimorfismo nos permite recorrer el array y llamar para cada objeto el m�todo area() y que en cada caso el programa generado por el compilador sepa llamar en cada caso al area que le corresponda, sea el de Rectangulo o el de Circulo.

Clases abstractas

Hay clases (como la ObjGraf) que no pueden crear objetos (a los objetos tambi�n se les denomina instancias de una clase).
No es imaginable un objeto que s�lo sea ObjGraf.
Entonces, �Para qu� sirve en este caso la clase ObjGraf? La respuesta es para agrupar a las subclases y poder tratar a todos los objetos de subclases como objetos de una misma clase.
En definitiva se trata de explotar el polimorfismo.
En Java se puede manifestar este hecho mediante el modificador abstract en la definici�n de una clase.

Ejemplo completo de polimorfismo

// Ejemplo de herencia y polimorfismo en Java
public class Aplicacion
{
public static void main(String args[])
{
// Podemos crear un array de ObjGrafs (en este caso de dos elementos):
ObjGraf z[] = new ObjGraf[2];

z[0] = new Rectangulo(1, 5, 3, 4);
z[1] = new Circulo(1, 5, 10);

// Recorrido del array e impresi�n de la area para cada uno de ellos
for (int i = 0; i < z.length; i++)
{
double sup = z[i].area();
System.out.println("Area de z[" + i + "]: " + sup);
}

}
}

//
//
// ObjGraf.java
//
//
// ObjGraf representa al Rectangulo, al Circulo y al resto en general.
// Se hace responsable de las caracter�sticas comunes atodos ellos como la x y la y,
// tanto en lo referente a los atributos como a los m�todos.
// Desde un m�todo de otra clase se puede acceder a la x y la y mediante los m�todos
// set y get correspondientes, los cuales son p�blicos.
// El acceso directo a x a y desde sus clases hijas (Rectangulo y Circulo) no est�
// permitido por private. Para abrir la posibilidad de acceso a las clases hijas pero
// no al resto de las clases existe el nivel protected.

public abstract class ObjGraf
{
private int x; // coordenada x del centro
private int y; // coordenada y del centro

// metodo abstracto area
abstract public double area();

// Constructor por defecto: El que da los valores por defecto
// Es condici�n obligatoria para que la clase defina un "Java Bean"
public ObjGraf()
{
setX(0);
setY(0);
}

public ObjGraf(int xInicial, int yInicial)
{
setX(xInicial);
setY(yInicial);
}

// set y get de la x
public void setX(int valor)
{
x = valor;
}

public int getX()
{
return x;
}

// set y get de la y
public void setY(int valor)
{
y = valor;
}

public int getY()
{
return y;
}
}

//
//
// Rectangulo.java
//
//

public class Rectangulo extends ObjGraf
{
// datos de la clase o atributos
private int b; // base
private int h; // altura

// Constructor por defecto: El que da los valores por defecto
// Es condici�n obligatoria para que la clase defina un "Java Bean"
public Rectangulo()
{
// la ausencia de una llamada a super() implica impl�citamente que �sta se realiza.
setBase(10);
setAltura(5);
}

// Los constructores son en general public}
public Rectangulo(int xInicial, int yInicial, int baseInicial, int alturaInicial)
{
// este constructor inicializa los atributos validando

super(xInicial, yInicial);
setBase(baseInicial);
setAltura(alturaInicial);
}

// m�todo �rea
public double area()
{
return getBase() * getAltura();
}

// set y get de la altura
public void setAltura(int valor)
{
if (valor > 0)
{
h = valor;
}
else
{
h = 0;
}
}

public int getAltura()
{
return h;
}

// set y get de la base
public void setBase(int valor)
{
if (valor > 0)
{
b = valor;
}
else
{
b = 0;
}
}

public int getBase()
{
return b;
}

}

//
//
// Circulo.java
//
//

public class Circulo extends ObjGraf
{
// datos de la clase o atributos
private int r; // radio

// Constructor por defecto: El que da los valores por defecto
// Es condici�n obligatoria para que la clase defina un "Java Bean"
public Circulo()
{
// la ausencia de una llamada a super() implica impl�citamente que �sta se realiza.
setRadio(10);
}

// Los constructores son en general public
public Circulo(int xInicial, int yInicial, int radioInicial)
{
// este constructor inicializa los atributos validando

super(xInicial, yInicial);
setRadio(radioInicial);
}

// m�todo �rea
public double area()
{
return 3.1416 * getRadio() * getRadio();
}

// set y get de la altura
public void setRadio(int valor)
{
if (valor > 0)
{
r = valor;
}
else
{
r = 0;
}
}

public int getRadio()
{
return r;
}
}

Interfaces: Cuando lo que se heredan son compromisos

Java dispone de dos mecanismos de herencia
El descrito en el punto anterior corresponde a la herencia pesada, que es la misma del C++.
Java no permite herencia m�ltiple conextends. Es decir, una clase derivada no puede tener m�s de una clase base.
El segundo mecanismo es el que permiten los interfaces.
Un interface es muy parecido a una clase s�lo que s�lo puede tener signaturas (declaraciones) de m�todos (sin c�digo), t�dos de �mbito p�blico. Adem�s las variables s�lo pueden ser constantes, es decir final (en C ser�an #define o en C++ variables const oenum)
La herencia desde interfaces se expresa con la palabra implements en lugar de extends.
Con interfaces s� puede haber herencia m�ltiple.
La finalidad de los interfaces es posibilitar el polimorfismo.
Los interfaces pueden actuar como tipos, permitiendo castings y referencias a objetos tipo interface.
Los interfaces son como contratos. Al implementar una clase el interface "I" adem�s de ser de su propia clase tambi�n podr� ser considerado del tipo "I" (la noci�n de tipo engloba el de clase e interface).
Con la herencia cl�sica (extends) se hereda comportamiento, es decir c�digo con lo que se obtiene un ahorro de trabajo.
Con las interfaces se heredan compromisos para poder ser del tipo "I".
Con la herencia normal se heredan bienes, con los interfaces se heredan deudas
En C++ como no hay interfaces se utilizan clases abstractas para hacer lo mismo, pero todo queda m�s confuso. En Java se ha querido diferenciarlos por claridad.
Ejemplo ilustrativo del uso de interfaces:
- Supongamos un entorno de dise�o gr�fico al estilo "flowchart" que nosotros adquirimos.
- Dicho entorno es abierto y posibilita que nuestros objetos puedan integrarse y formar parte de su librer�a de tipos de objetos gr�ficos.
- Para ello nos suministran unos interfaces diciendonos que: "Si quieres que tus objetos sean manipulables por nuestro programa debes hacer que tus clases tienen que implementar tales interfaces adem�s de d�nde deriven o qu� implementen".
- Por ejemplo: rota(double grados), zoom(double factorEscala), etc.
- Con ello �qu� se logra? Se logra que no sea posible descuidarse alguno de los m�todos exigidos.
- Por ejemplo, si a trav�s del men� de dicho entorno hay una opci�n de rotar(x grados) lo que nos est�n diciendo es que el entorno llamar� al m�todo rota(x grados). Si nuestro objeto pertenece a una clase que no implementa este m�todo el programa fallar� en tiempo de ejecuci�n.
- Con los interfaces estamos de entrada obligados a que estos m�todos existan y de este modo la aparici�n del error se adelanta al tiempo de compilaci�n.
- Si se implementa un interface y nos olvidamos de alg�n m�todo, el programa ni se compilar�.
- Otra cosa es que luego el objeto rote bien o mal, pero �sto quedar� claramente acotado en c�mo se haya implementado el m�todo.
- Resumiendo, las interfaces proveen de un sistema de prevenci�n de errores y de acotaci�n de responsabilidades en la construcci�n de software.

Paquetes

Los paquetes ampl�an y refuerzan las caracter�sticas de definici�n de �mbitos que hemos visto anteriormente.
Cuando se crea una clase sin especificar a qu� paquete pertenece, pasa a formar parte de un paquete unnamed default package.
Para especificar en qu� paquete queremos ubicar la clase que estamos creando hay que incluir una sentencia package al principio del .java:

package ejemplos.polimorfismo;

// aqu� vendr�a al c�digo de la clase Rectangulo del ejemplo
// anterior:

public class Rectangulo
{ ...

La estructura de paquetes deber� repetirse en forma de estructura de directorios con los mismos nombres (Case sensitive) en la m�quina en que se tenga que ejecutar el programa.
Se ensayar�n como directorios ra�z uno de los indicados en CLASSPATH (lista separada con ; )
Ejemplo de CLASSPATH: ".;c:\cursojava;c:\java\classes"
CLASSPATH se define (en la m�quina en que se tenga que ejecutar el programa) de manera diferente dependiendo de la herramienta de desarrollo/int�rprete de Java. Puede ser una variable de entorno, un par�metro de configuraci�n del entorno de desarrollo o un par�metro del int�rprete.
Para el ejemplo anterior la estructura de directorios ser�a la siguiente dependiendo del sistema operativo:

UNIX: cursojava/ejemplos/polimorfismo Windows: cursojava\ejemplos\polimorfismo

Mac: cursojava:ejemplos:polimorfismo

El directorio polimorfismo del punto anterior podr�a ser un fichero .zip con ficheros e incluso estructura de subdirectorios)
En definitiva, un paquete se asocia con el �ltimo subdirectorio dentro del cual s�lo hay ficheros .class, por lo tanto, un conjunto de clases est�n en el mismo paquete si est�n en el mismo directorio.

Inner classes

El mecanismo de las inner classes permite definir una clase dentro de otra.
Esta caracter�stica est� disponible a partir de JDK 1.1
Distinguiremos dos tipos de inner classes:

No an�nimas:

class A
{
    ---
    class B
    {
       ...

Desde el exterior el tipo B es A.B
El fichero .class generado es A$B.class

An�nimas:

Es un mecanismo muy utilizado para la impementaci�n de eventos en el nuevo modelo 1.1 para evitar tener que implementar un interface para cada listener.
Ejemplo:

...
button1.addActionListener(new ActionListener()
{
  public void actionPerformed(ActionEvent e)
  {
     button1_actionPerformed(e);
  }
});
...

En este caso se crea impl�citamente un objeto de una subclase an�nima de ActionListener en la que se implementa el m�todo actionPerformed y dicho objeto es pasado como par�metro a addActionListener.
Si este c�digo forma parte de un formulario llamado Frame1 se genera el fichero Frame1$1.class que corresponde a la clase an�nima.x

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