Approfondimento
Interfacce e polimorfismo
Sandro Pedrazzini
Interfacce e polimorfismo
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Motivazione
Importanza del polimorfismo nell’utilizzo dei pattern e, più
In generale, nella programmazione OO
Ruolo degli elementi “interface”
Disaccoppiamento degli elementi
Programmazione generica
Estensione di funzionalità esistente
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Interface
• Separazione del concetto di interfaccia da quello di classe
• Più classi possono realizzare la stessa interfaccia
Sci
calcolaImporto(…)
Normale
calcolaImporto(…)
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Carving
calcolaImporto(…)
Bambini
calcolaImporto(…)
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Esempio 1: genericità con l’interfaccia Icon
• Java mette a disposizione il metodo showMessageDialog(...) per
mostrare un dialogo in interfaccia
JOptionPane.showMessageDialog(null,"Hello World");
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Scelta dell’icona (1)
• Esistono altri overloading del metodo showMessageDialog(...). Ne
scegliamo uno che ci permetta di specificare cosa mostrare come
immagine nel messaggio.
class JOptionPane extends JComponent implements Accessible
{
...
public static void showMessageDialog(
Component parentComponent,
Object message,
String title,
int messageType,
Icon icon)
{...}
}
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Scelta dell’icona (2)
JOptionPane.showMessageDialog(
null,
"Hello World”,
“message dialog”,
JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE,
new ImageIcon(“lampadina.gif”));
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Nuova scelta
• Supponiamo ora di voler visualizzare nel messaggio una
forma grafica senza dover generare precedentemente un
file contenente l’immagine.
• Visto che showMessageDialog(...) accetta un elemento di
tipo Icon, non siamo obbligati a passare ImageIcon, ma
possiamo fornire un oggetto di qualsiasi classe che realizzi
l’interfaccia Icon.
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Interfaccia Icon (1)
public interface Icon
{
int getIconWidth();
int getIconHeight();
void paintIcon(
Component c,
Graphics g,
int x,
int y);
}
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Interfaccia Icon (2)
• Un’interfaccia non contiene una realizzazione di
funzionalità. Specifica semplicemente un insieme di
metodi.
• Qualsiasi classe che implementi l’interfaccia Icon ha due
responsabilità:
– Fornire la dimensione dell’icona
– Disegnare l’icona.
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Interfaccia Icon (3)
• Il parametro Component di paintIcon() rappresenta il
componente grafico che deve contenere l’immagine. Da
questo è possibile ottenere alcune proprietà, come il colore
dello sfondo, il font, ecc.
• È quindi possibile disegnare l’immagine nell’area grafica
(Graphics) in modo che si adatti al contesto in cui viene
disegnata.
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Implementazione (1)
• Realizziamo una classe WorldIcon che implementa Icon.
• La classe disegna un cerchio rappresentante il mondo.
• Un oggetto di questa classe potrà essere passato al
metodo showMessageDialog(), che non ha bisogno di
conoscere la classe WorldIcon. Gli basta sapere che si
comporta come (implementa) Icon.
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Implementazione (2)
Icon
paintIcon(…)
ImageIcon
paintIcon(…)
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WorldIcon
paintIcon(…)
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Implementazione (2)
public class WorldIcon implements Icon{
private int fSize;
public WorldIcon(int size){
fSize = size;
}
public void paintIcon(Component c, Graphics g, int x, int y) {
Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
Ellipse2D.Double world = new Ellipse2D.Double(x,y,fSize, fSize);
g2.setColor(Color.BLUE);
g2.fill(world);
}
public int getIconWidth() {
return fSize;
}
public int getIconHeight() {
return fSize;
}
}
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Utilizzo
JOptionPane.showMessageDialog(
null,"Hello World", "message dialog",
JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE,
new WorldIcon(60));
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Considerazioni (1)
• Chi realizza il metodo showMessageDialog() non ha nessuna idea di
quale tipo di icona verrà passata.
• Le classi utilizzate per realizzare l’icona possono essere
completamente diverse. L’unica cosa in comune consiste
nell’implementare l’interfaccia Icon.
• Solo quando viene chiamato in showMessageDialog() un metodo di
Icon, l’interprete Java cerca di identificare il vero tipo dell’oggetto.
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Considerazioni (2)
• Il polimorfismo è caratterizzato proprio da questa capacità di
selezionare il metodo appropriato per un certo oggetto.
• Un utilizzo importante del polimorfismo consiste nel fornire
meccanismi che si comportino come accoppiamento rilassato.
• Nel nostro caso: il metodo showMessageDialog() non ha bisogno di
nessuna informazione di come WorldIcon elabori l’immagine. È
solamente interessato alle chiamate all’interfaccia Icon. Non esiste
nessun accoppiamento tra JOptionPane e WorldIcon.
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Considerazioni (3)
• Quando utilizziamo la classe di una libreria di terzi, prima
viene implementata la libreria, poi il nostro programma
principale che la utilizza.
• Quando creiamo una nostra sottoclasse da usare in modo
polimorfico, il programma principale che la utilizza può
essere stato implementato da terzi ben prima che noi
mettiamo a disposizione la nostra funzionalità specifica
=> Principio del “framework”
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Esempio 2: Comparable
• Altro esempio di codice generico con l’utilizzo del
polimorfismo
• Metodo statico sort() della classe Collections, in grado di
ordinare una lista qualsiasi.
List list = ...;
Collections.sort(list);
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Comparable (1)
• I singoli oggetti della lista possono appartenere a una
classe qualsiasi, a patto che implementi l’interfaccia
Comparable.
public interface Comparable<T>
{
int compareTo(T other);
}
• La chiamata a compareTo() restituisce un valore negativo
se l’oggetto invocante precede l’oggetto parametro, zero se
i due oggetti sono uguali e un valore positivo
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Comparable (2)
• Come mai tutti gli oggetti devono essere di tipo Comparable?
• Perché l’algoritmo di sort, chiamando compareTo() riesce a
decidere gli spostamenti degli oggetti, senza dover conoscere il
loro vero tipo.
Comparable<...> object1 = ...;
if (object1.compareTo(object2) > 0){
sposta object1 rispetto a object2
}
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Comparable (3)
Esempio 1: String realizza Comparable
List<String> countries = new ArrayList<String>();
countries.add(“Switzerland);
countries.add(“Belgium”);
countries.add(“Germany”);
Collections.sort(countries);
...
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Comparable (4)
Esempio 2: Realizzazione di una nuova classe
• Criterio di ordinamento: dimensione della superficie del territorio
public class Country implements Comparable<Country> {
private String fName;
private double fArea;
public Country(String name, double area){
fName = name;
fArea = area;
}
public String getName() {
return fName;
}
public int compareTo(Country other) {
if (fArea < other.getArea()){
return -1;
}
if (fArea > other.getArea()){
return 1;
}
return 0;
}
public double getArea() {
return fArea;
}
}
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Comparable (5)
• Utilizzo della classe Country, con ordinamento secondo la
grandezza in km2
public class CountryTry {
public static void main(String[] args) {
List<Country> countries = new ArrayList<Country>();
countries.add(new Country("Belgium",77000));
countries.add(new Country("Switzerland",41000));
countries.add(new Country("Uruguay",440000));
...
Collections.sort(countries);
for (Country country : countries){
System.out.println(country.getName() + " " + country.getArea());
}
}
}
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Interfaccia Comparator (1)
• Se ora volessimo ordinare le stesse nazioni dell’esempio 2 in
base al nome, invece che in base alla superficie, dovremmo
ridefinire il metodo compareTo().
• Oltre che essere scomodo, ci obbligherebbe a definire
sottoclassi unicamente per distinguere diversi metodi
compareTo() (modifica del design per scopi che con il design
nulla hanno a che vedere)
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Interfaccia Comparator (2)
• Soluzione: utilizzo di un overloading di sort(), che accetta come
secondo parametro un oggetto Comparator
• Gli oggetti presenti in List vengono ordinati in base
all’ordinamento definito in Comparator.
class Collections {
...
public static void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
...
}
}
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Interfaccia Comparator (3)
• La lista List può ora contenere oggetti di qualsiasi tipo.
• Non è più necessario che appartengano a classi che
implementino un’interfaccia particolare.
public class Country {
private String fName;
private double fArea;
public Country(String name, double area){
fName = name;
fArea = area;
}
public String getName() {
return fName;
}
public double getArea() {
return fArea;
}
}
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Interfaccia Comparator (4)
public class ComparatorByName implements Comparator<Country> {
public int compare(Country country1, Country country2) {
String name1 = country1.getName();
String name2 = country2.getName();
return name1.compareTo(name2);
//implementato in String
}
}
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Interfaccia Comparator (5)
public class ComparatorByArea implements Comparator<Country> {
public int compare(Country country1, Country country2) {
String area1 = country1.getArea();
String area2 = country2.getArea();
if (area1 < area2){
return -1;
}
if (area1 > area2){
return 1;
}
return 0;
}
}
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Interfaccia Comparator (6)
• Utilizzo di ComparatorByName
public class CountryTry2 {
public static void main(String[] args) {
List<Country> countries = new ArrayList<Country>();
countries.add(new Country("Switzerland", 15000));
countries.add(new Country("Uruguay", 170000));
countries.add(new Country("Belgium", 30000));
...
Collections.sort(countries, new ComparatorByName());
for (Country country : countries) {
System.out.println(country.getName() + "
}
" + country.getArea());
}
}
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Overriding di equals() e hashCode() (1)
• Una comune sorgente di errore in applicazioni Java
consiste nel dimenticare di riscrivere il metodo hashCode()
ogni volta che si riscrive equals().
• Il metodo hashCode() viene usato quando si ha a che fare
con elementi di Collection, come liste e tabelle hash.
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Overriding di equals() e hashCode() (2)
•
Il contratto, come specificato in Object, prevede
1. hashCode() deve restituire sempre lo stesso valore se chiamato più volte sullo
stesso oggetto (non necessariamente lo stesso tra un’esecuzione e l’altra)
2. Se due oggetti sono uguali rispetto a equals(), anche i loro metodi hasCode()
devono restituire lo stesso risultato
3. Se due oggetti sono diversi, rispetto a equals(), non è detto che hashCode()
debba restituire risultati diversi. Se però si fa in modo che anche le hashCode()
restituiscono risultati diversi, anche la performance di tabelle hash migliora
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Oggetti uguali, stesso hashCode
• L’errore più frequente capita con il punto 2: oggetti uguali
devono avere lo stesso valore di hash
– Capita infatti che due oggetti siano uguali dal punto di vista logico (overriding di
equals()), ma dal loro valore di hash sono diversi
– Il metodo hashCode() viene ereditato da Object, che assegna un hashCode
diverso ad ogni nuovo oggetto (tipicamente convertendo l’indirizzo di allocazione
in un int, anche se non dev’essere necessariamente così)
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Esempio (1)
public class Country {
private String fName;
private double fArea;
public Country(String name, double area){
fName = name;
fArea = area;
}
public String getName() {
return fName;
}
public double getArea() {
return fArea;
}
public boolean equals(Object o) {
if (o == this){
return true;
}
if (!o instanceof Country) {
return false;
}
Country county = (Country)o;
return country.getName().equals(fName) && country.getArea() == fArea;
}
}
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Esempio (2)
• Supponiamo ora di voler usare questa classe con HashMap
Map<Country, Integer> population = new HashMap<Country, Integer>();
population.put(new Country(“Switzerland”, 15000), 7000000);
Ci si aspetterebbe che un’espressione del genere restituisca
il valore di 7 milioni, invece restituisce null
population.get(new Country(“Switzerland”, 15000));
 gli oggetti coinvolti sono 2 e il fatto di aver omesso l’implementazione di
hashCode() causa un diverso valore per istanze diverse
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Esempio (3)
• Bisogna allora provvedere a fornire un hashCode che sia
uguale per istanze equals
• Variante semplice, ma da non usare !!
public int hashCode() {
return 150;
}
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Esempio (4)
• Un codice fisso è “legale” perché assicura che oggetti uguali
abbiano lo stesso hashCode
• Non è una buona soluzione, perché fa in modo che TUTTI gli
oggetti abbiano hashCode uguale.
• In questo modo tutti gli oggetti in una hash table avrebbero
stessa chiave, facendo degenerare la tabella in una lista
semplice, con i costi che ne derivano
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hashCode (1)
• Una buona funzione di hash tende a produrre valori diversi
di hash per oggetti diversi
• Ci sono varie ricette su come generare valori di hashCode
• Alcuni elementi da considerare:
– Cercare di considerare tutti i campi significativi usati in equals()
– Tralasciare i campi ridondanti (calcolati da altri campi)
– Se un campo è un array, trattarlo come se ogni elemento fosse un campo
separato
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hashCode (2)
• Esempio tratto da Bloch, Effective Java
– Registra una costante iniziale nella variabile risultato (esempio: 17)
– Per ogni campo genera un valore intero
» Per ogni elemento di tipo scalare, usare il valore effettivo
» byte, char, short, int => (int) f
» float => Float.floatToIntBits(f)
» long => (int) (f^(f >>> 32) (xor con shift a destra di 4 byte)
» Per riferimenti a oggetti che in equals() sono usati attraverso il loro equals(), usare il
loro valore di hashCode()
– Combinare tutti i valori ottenuti in questo modo:
risultato = 31 * risultato + valore
Verificare che a istanze uguali corrispondano valori uguali
Il valore 31 è scelto perché numero primo. Un vantaggio di 31 consiste nel fatto che la
moltiplicazione può essere rimpiazzata da uno shift e sottrazione, più performanti.
31 * i == (i << 5) -i
Moderne VM eseguono automaticamente questo tipo di ottimizzazione
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Esempio
public class Country {
private String fName;
private double fArea;
...
public boolean equals(Object o) {
if (o == this){
return true;
}
if (!o instanceof Country) {
return false;
}
Country county = (Country)o;
return country.getName().equals(fName) && country.getArea() == fArea;
}
public int hashCode() {
int result = 17;
result = 31 * result + fName.hashCode();
long areaCode = Double.doubleToLongBits(fArea);
result = 31 * result + (int)(areaCode ^(areaCode >>> 32));
return result;
}
}
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