Dědičnost

Vtip

Dědičnost. Nejlepší objektově-orientovaný způsob jak zbohatnout.

Dědičnost

  • Dědičnost je charakteristická vlastnost objektových jazyků se třídami, jako jsou Java, Python, C# a další.

  • U beztřídních (klasický JavaScript) se může řešit pomocí prototypů.

  • Objektové třídy jsou obvykle podtřídami, tj. speciálními případy, jiných tříd:

class DogKeeper extends Person {
// methods & attributes for DogKeeper
// in addition to Person
}

Co to znamená?

  • Všechny objekty typu DogKeeper jsou současně typu Person.

  • Místo jiné osoby lze použít DogKeeper.

Person p = new DogKeeper("Karel");
V Javě dědí každá třída od třídy Object.

Definice

Nadtřída

superclass, "bezprostřední předek", "rodičovská třída"

Podtřída

subclass, "bezprostřední potomek", "dceřinná třída"

  • je specializací své nadtřídy

  • přebírá vlastnosti nadtřídy

  • zpravidla přidává další vlastnosti, čímž nadtřídu rozšiřuje (extends)

Správné vs špatné použití

Správně

Dědičnost by měla splňovat vztah je — každý DogKeeper je Person.

Špatně

Každé oddělení má osobu vedoucího; je ale špatně dědit Department extends Manager protože neplatí Department je Manager, ale Department má Manager.

Proč používat dědičnost?

  • Abychom zohlednili konceptuální vztah obecnější vs. speciálnější typ.

  • Abychom se vyhnuli opakování kódu a dosáhli znovupoužití (= kód metod a atributů se podědí, nemusíme jej znovu psát).

  • Mělo by platit oboje, aby mělo smysl dědičnost použít.

Tranzitivní dědění

Dědění může být vícegenerační:

public class Manager extends Employee { ... }

public class Employee extends Person { ... }

Manažer podědí metody a atributy ze třídy Employee i (přeneseně) z Person.

Vícenásobná dědičnost

  • Java vícenásobnou dědičnost ve smyslu dědění z více tříd současně nepodporuje!

  • Důvodem je konflikt typu diamant:

class DoggyManager extends Employee, DogKeeper { }
class Employee  { String toString() { return "Employee";  } }
class DogKeeper { String toString() { return "DogKeeper"; } }

new DoggyManager().toString(); // we have a problem!
Vícenásobná dědičnost je možná jedině u rozhraní, kde metody nemají definovanou implementaci a konflikt implementací tak nenastává.

Dědičnost a vlastnosti tříd

  • Dědičnost (v kontextu Javy) znamená:

    1. potomek dědí všechny vlastnosti nadtřídy (= metody & atributy třídy)

    2. poděděné vlastnosti potomka se mohou změnit (např. překrytím metody)

    3. potomek může přidat další vlastnosti

Dědičnost vs. rozhraní

Dědičnost

  • vyhýbáme se duplikaci kódu

  • kód je kratší

  • když potřebuji upravit předka, musím upravit změny ve všech potomcích, což může být netriviální

Rozhraní

  • méně závislostí, více případně i opakovaného kódu

  • více používané v praxi

Pravidla pro konstruktory podtříd

  • Konstruktor musí volat vybraný konstruktor nadtřídy, nebo vlastní přetížený konstruktor (pomocí this(); s případnými parametry).

  • Konstruktor nadtřídy se volá pomocí super(); s případnými parametry.

  • Podobně jako u this(), volání super(); musí být první příkaz a může být pouze jedno.

  • V konstruktoru nelze ani zkombinovat super() s this().

  • Pokud super() i this() chybí, volá se automaticky bezparametrický konstruktor nadtřídy (tj. vloží se super()). Ten ale musí existovat a být neprivátní.

  • Obecně platí, že volaný konstruktor musí v nadtřídě existovat.

Příklad s Account

public class Account implements Informing {
   private Person owner;
   private int balance;
   public Account((Person owner, int balance) {
      this.owner = owner;
      this.balance = balance;
   }
   public boolean debit(int amount) {
      if(amount <= 0) return false;
      balance -= amount;
      return true;
   }
}

Nová třída CheckedAccount

Rozšíříme třídu Account tak, že bude mít minimální zůstatek.

public class CheckedAccount extends Account {
  private int minimalBalance;
  public CheckedAccount(Person owner, int minBal, int initBal) {
    super(owner, initBal); // calling Account constructor
    if(initBal < minBal) { // is initial balance sufficient?
       throw new IllegalArgumentException("low initial balance");
    }
    this.minimalBalance = minBal;
  }
  public CheckedAccount(Person owner) {
    this(owner, 0, 0);
  }
}

Volání kódu nadtřídy

  • Vylepšíme, aby zůstatek nebyl nižší než minimální zůstatek

  • Realizujeme tedy změnu metody debit pomocí jejího překrytí (overriding)

public class CheckedAccount extends Account {
  private int minimalBalance;
  // construktors ...
  @Override
  public boolean debit(int amount) {
    // check min. balance
    if(getBalance() - amount >= minimalBalance) {
       return super.debit(amount); // the debit is inherited
    } else return false;
  }
}

Volání kódu nadtřídy

public boolean debit(int amount) {
  if(getBalance() - amount >= minimalBalance) {
    return super.debit(amount); // the debit is inherited
  } else return false;
}

  • Konstrukce super.metoda(…​); značí, že je volána metoda předka, tedy třídy Account.

  • Kdyby se super nepoužilo, zavolala by se metoda debit třídy CheckedAccount a program by se zacyklil!

  • Takto lze volat jen bezprostředního předka.

  • Něco jako super.super.debit(amount) je syntaktická chyba.

Repl.it demo k dědičnosti - bankovní účty

Pozor na překrývání atributů

  • Nepoužívejte chráněné (protected) atributy. Je to "bad practice".

  • Používejte zásadně privátní atributy s veřejnými nebo chráněnými gettery a settery.

  • Nikdy nepřekrývejte atributy! Tj. podtřída nesmí nikdy obsahovat atribut se jménem, jako má některá z jejích nadtříd. Přesto, že je to syntakticky možné.

Not what we wished to do

public class CheckedAccount extends Account {
  private int minimalBalance;
  private int balance; // CHYBA - PREKRYTI ATRIBUTU Z NADRIDY
  // construktors ...
  @Override
  public boolean debit(int amount) {
    // check min. balance
    if(getBalance() - amount >= minimalBalance) {
       return super.debit(amount); // the debit is inherited
    } else return false;
  }
}

Namísto dědění lze použít skládání (kompozice)

Často se používá skládání (kompozice) objektů, kdy objekt nedědí, ale nese odkaz na jiný objekt.

public class CheckedAccount {

  private int minimalBalance;
  private Account account;

  public CheckedAccount(Person owner, int minBal, int initBal) {
    account = new Account(owner, initBal);
    ...
  }
  // account.debit(amount)
}

Kompozice pořádně

  • Kompozicí se zabývá navazující kurz PV168 Seminář Javy.

  • Problémy s hierarchiemi dědičnosti pomocí kompozice řeší některé návrhové vzory, např.

    • Bridge: Řešení exploze podtříd rozdělením problémové domény na abstrakci a implementaci

    • Decorator: Variantnost chování je přesunuta z podtříd do spolupráce několika malých objektů za běhu

    • Více v magisterském kurzu PA103 Object-oriented Methods for Design of Information Systems

Replit.com demo k dědičnosti - geometrické útvary