Programaci

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Programación Orientada a Objetos en Java

• Unidad 3
• Herencia y Polimorfismo

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Temario

• Herencia
• Reescritura de métodos
• Polimorfismo
• Clases abstractas
• Interfaces

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Herencia

• In object-oriented programming (OOP), Inheritance
  is a way to compartmentalize and reuse code by
  creating collections of attributes and behaviors
  called objects which can be based on previously
  created objects. In classical inheritance where
  objects are defined by classes, classes can
  inherit other classes. The new classes, known as
  Sub-classes (or derived classes), inherit
  attributes and behavior of the pre-existing
  classes, which are referred to as Super-classes
  (or ancestor classes). The inheritance
  relationship of sub- and superclasses gives rise
  to a hierarchy. In Prototype-based programming
  objects can be defined directly from other
  objects without the need to define any classes.
• The inheritance concept was invented in 1967 for
  Simula.
  Wikipedia

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Herencia en Java

• Todas las clases son descendientes de la clase
  Object
• La cláusula extends especifica el ancestro
  inmediato de la clase
• Una subclase o clase derivada hereda todos los
  campos y métodos de la superclase o clase base
• Java soporta herencia simple (sólo una clase base)

ancestro superclase clase base
"hereda de" "extiende" "is a"
descendientes subclases clases derivadas
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Ejemplo

• class Figura
• int x, y
• public void print() ...
• public void setX(int x) this.x x
• public void setY(int y) this.y y
• class Rectangulo extends Figura
• int largo, ancho
• public void setLargo(int largo) this.largo
  largo
• public void setAncho(int ancho) this.ancho
  ancho
• class App
• void f()
• Rectangulo r new Rectangulo()
• r.setX(10) r.setY(20)
• r.setAncho(100) r.setLargo(300)

• La clase Circulo es derivada de la clase base
  Figura

• La clase Circulo hereda métodos setX y setY de
  clase base Figura

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Encapsulamiento

• Una clase derivada tiene acceso a los miembros
  public y protected de una clase base, aunque
  pertenezcan a paquetes diferentes
• Una clase derivada tiene acceso a los miembros
  package de una clase base si ambas clases
  pertenecen al mismo paquete
• Una clase derivada no tiene acceso a los miembros
  private de una clase base

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Polimorfismo

• Polymorphism, in the context of object-oriented
  programming, is the ability of one type, A, to
  appear as and be used like another type, B. The
  purpose of polymorphism is to implement a style
  of programming called message-passing in the
  literature, in which objects of various types
  define a common interface of operations for
  users.
• In strongly typed languages, polymorphism usually
  means that type A somehow derives from type B, or
  type C implements an interface that represents
  type B. In weakly typed languages types are
  implicitly polymorphic.
  Wikipedia

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Polimorfismo

• Circulo circulo

circulo new Circulo()
Figura figura
figura circulo
Compila y ejecuta bien (un círculo es una
figura) Restricción no se puede usar figura para
acceder a métodos especializados de
Circulo figura.getRadio() // no compila
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Polimorfismo

• Java permite asignar un objeto a una variable
  declarada con un tipo de datos ancestro

void metodo1(Figura f) f.print()
... void metodo2() metodo1(new
Circulo())
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Reescritura de Métodos

• Method overriding, in object oriented
  programming, is a language feature that allows a
  subclass or child class to provide a specific
  implementation of a method that is already
  provided by one of its superclasses or parent
  classes. The implementation in the subclass
  overrides (replaces) the implementation in the
  superclass by providing a method that has same
  name, same parameters or signature, and same
  return type as the method in the parent class.The
  version of a method that is executed will be
  determined by the object that is used to invoke
  it. If an object of a parent class is used to
  invoke the method, then the version in the parent
  class will be executed. If an object of the
  subclass is used to invoke the method, then the
  version in the child class will be executed.
  
  Wikipedia

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Reescritura de Métodos

• public class DTE
• ...
• public void validar()
• ...
• public class Factura extends DTE
• public void validar()
• super.validar()
• ...

• Reescritura del método validar() en clase
  derivada (la firma y el tipo de retorno coinciden
  con los de la clase base)

• Invocación a funcionalidad provista en la clase
  base, para extender en lugar de reemplazar

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Dynamic Binding

• Al invocar un método no static, el tipo real del
  objeto sobre el que se invoca el método y no el
  tipo de la referencia es utilizado para
  determinar qué versión del método invocar
• El tipo del objeto sobre el que se invoca el
  método se obtiene en tiempo de ejecución, por eso
  esta funcionalidad recibe el nombre de dynamic
  binding, o late binding
• void procesarDTE(DTE dte)
• dte.validar()
• ...

• Dynamic binding invoca a Factura.validar() si
  dte es una referencia a una Factura

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Compatibilidad de Tipos

• Java es fuertemente tipeado, exige compatibilidad
  de tipos en tiempo de compilación
• Permite asignar un objeto a una variable de un
  tipo ancestro
• Permite asignar un objeto a una variable de un
  tipo descendiente, pero exige que se explicite
  este uso, mediante un cast (si el cast falla en
  ejecución, la máquina virtual lanza un
  ClassCastException)
• Factura factura (Factura) dte
• No permite realizar una conversión de un objeto a
  un tipo que no es ancestro ni descendiente

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Identificación de Tipo

• El método getClass de la clase Object retorna un
  objeto de tipo Class correspondiente a la clase
  real a la que pertenece el objeto
• El operador instanceof indica si un objeto es de
  una clase determinada o de alguna clase
  descendiente
• if (dte instanceof Factura)
• Factura factura (Factura) dte
• // uso de factura

• Ojo, no abusar de este mecanismo! (hacerlo
  significa que se está programando de manera
  tradicional, sin obtener los beneficios de la OOP)

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Constructor en Subclases

• El constructor de una subclase debe invocar algún
  constructor de la clase base
• Explícitamente usando base()
• Implícitamente si no se invoca el constructor de
  la clase base explícitamente, se invoca el
  constructor default
• class DTE
• DTE(Empresa emisor, int folio) ...
• ...
• class Factura extends DTE
• Factura(Empresa emisor, int folio, Empresa
  receptor)
• super(emisor, folio)
• ...
• ...

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Ejemplo

• Se desea construir una aplicación que permita
  manejar múltiples ventanas, con diferentes tipos
  de documentos cartas, memos, etc.
• El sistema debe permitir que se imprima la
  ventana activa, mediante la opción de menú
  File/Print

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Ejemplo Diseño con Polimorfismo

• public class Documento
• public void print() ...
• public class Carta extends Documento
• public void print() ...
• public class Memo extends Documento
• public void print() ...
• public class MiAplicacion
• public void print()
• Window w GUI.getCurrentWindow()
• Documento d obtenerDocumento(w)
• d.print()

• Dynamic binding se invoca al método print
  implementado en la clase del objeto referenciado
  por la variable d, el cual se determina en
  ejecución

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Consideraciones de Diseño

• Supongamos que en el diseño anterior, la clase
  Documento no debe instanciarse, sólo se ha creado
  para construir una jerarquía de clases y hacer
  uso de los mecanismos de polimorfismo y dynamic
  binding cómo impedir que por error se instancie
  la clase Documento?
• Supongamos que en el diseño anterior las clases
  derivadas de Documento deben proveer una
  implementación del método print() (no tiene
  sentido programar una implementación default en
  la clase Documento) cómo obligar a las clases
  derivadas a proveer una implementación del método
  print()?

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Clases Abstractas

• Una clase abstracta no puede ser instanciada
• Puede contener métodos abstractos, a ser
  implementados en subclases
• Puede contener métodos concretos
• public abstract class Documento
• ...
• public abstract void print()
• public class Carta extends Documento
• public void print()
• ...
• Una subclase de una clase abstracta debe
• implementar todos los métodos abstractos
  heredados, o bien
• ser a su vez declarada abstracta

• Clase Documento es abstracta si se intenta
  instanciarla, se produce un error de compilación

• Si la clase Carta no provee una implementación
  del método print(), se produce un error de
  compilación

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Java No Soporta Herencia Múltiple

• En ocasiones es útil que una clase se pueda ver
  de varias formas, utilizando polimorfismo
• En C, lo anterior se implementa con herencia
  múltiple, pero esto genera problemas cuando se
  hereda implementación
• Para evitar estos problemas, Java no soporta
  herencia múltiple, pero sí permite que una clase
  implemente múltiples interfaces

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Interfaces

• In object-oriented languages the term interface
  is often used to define an abstract type that
  contains no data, but exposes behaviors defined
  as methods. A class having all the methods
  corresponding to that interface is said to
  implement that interface (furthermore a class can
  implement multiple interfaces, and hence can be
  of different types at the same time).
• An interface is hence a type definition anywhere
  an object can be exchanged (in a function or
  method call) the type of the object to be
  exchanged can be defined in terms of an interface
  instead of a specific class. This allows later
  code to use the same function exchanging
  different object types hence such code turns out
  to be more generic and reusable.
  
  Wikipedia

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Interfaces

• An interface is a kind of classifier that
  represents a declaration of a set of coherent
  public features and obligations. An interface
  specifies a contract any instance of a
  classifier that realizes the interface must
  fulfill that contract.
• Since interfaces are declarations, they are not
  instantiable. Instead, an interface specification
  is implemented by an instance of an instantiable
  classifier, which means that the instantiable
  classifier presents a public facade that conforms
  to the interface specification. Note that a given
  classifier may implement more than one interface
  and that an interface may be implemented by a
  number of different classifiers.
  UML Specification 2.0

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Interfaces

• Una interfaz (interface) es una colección de
  métodos abstractos y constantes
• Una interfaz no puede ser instanciada
• Una clase que implementa una interfaz debe
  implementar los métodos declarados en ella
• Una clase puede implementar múltiples interfaces
• Una interfaz define un tipo de datos que se puede
  utilizar en la declaración de variables
• Una variable declarada mediante una interfaz
  puede referenciar un objeto de alguna clase que
  implemente la interfaz
• Java soporta herencia múltiple de interfaces

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Definiendo una Interfaz
interface Printable int PORTRAIT 0int
LANDSCAPE 1 void print(int orientacion)

• Campos son automáticamente public final static
• Métodos son automáticamente public abstract

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Implementando una Interfaz
class Libro extends Documento implements
Printable public void print(int orientacion)
// implementación class Empleado
implements Printable public void print(int
orientacion) ... class Rectangulo
implements Printable public void print(int
orientacion) ...
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Usando una Interfaz

• Capa genérica
• class ColaImpresion
• static void creaJob(Printable p)
• p.print(Printable.PORTRAIT)
• Capa cliente
• ColaImpresion.creaJob(new Empleado())
• ColaImpresion.creaJob(new Rectangulo())
• Libro libro new Libro()
• ColaImpresion.creaJob(libro)

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Resumen

• Herencia es un concepto de OOP mediante el cual
  una clase adquiere las propiedades y los métodos
  de otra
• Una variable de un tipo de datos ancestro puede
  ser utilizada para referenciar una instancia de
  una clase descendiente
• Al invocar sobre un objeto un método de instancia
  que ha sido redefinido en subclases, la máquina
  virtual invoca el método definido en la clase
  real del objeto, obtenida en tiempo de ejecución

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Resumen

• Una clase abstracta (abstract) puede contener
  métodos abstractos
• Una interfaz (interface) es una colección de
  métodos abstractos y constantes
• Las clases abstractas y las interfaces no pueden
  ser instanciadas
• Una clase puede extender a una clase, e
  implementar un número ilimitado de interfaces
• Si una clase define o hereda métodos abstractos,
  debe ser declarada abstracta