Základní pojmy OOP. Třída, objekt, jeho vlastnosti. Metody, proměnné. Konstruktory.

Obsah

Třída, objekt, jejich vlastnosti
Co je třída a objekt?
Vlastnosti objektu (1)
Vlastnosti objektu (2)
Deklarace a použití třídy
Příklad - deklarace třídy Person
Příklad - použití třídy Person (1)
Příklad - použití třídy Person (2)
Vytváření objektů
Shrnutí
Proměnné
Proměnné - deklarace
Proměnné - datový typ
Proměnné - jmenné konvence
Proměnné - použití
Proměnné - modifikátory přístupu
Proměnné - použití (2)
Metody
Metody
Metody - příklad
Volání metod
Volání metod - příklad
Parametry metod
Předávání skutečných parametrů metodám
Příklad předávání parametrů - primitivní typy
Příklad předávání parametrů - objektové typy (1)
Příklad předávání parametrů - objektové typy (2)
Návrat z metody
Konstruktory
Konstruktory
Konstruktory (2)
Přetěžování metod
Přetěžování
Přetěžování - příklad
Přetěžování - příklad (2)
Přetěžování - příklad (3)
Odkazy na objekty (instance)
Odkazy na objekty (instance)
Přiřazování objektových proměnných
Vracení odkazu na sebe
Řetězení volání
Statické proměnné a metody
Proměnné a metody třídy - statické
Příklad statické proměnné a metody

Úvod do objektového programování

  • Pojmy: třída, objekt

  • Deklarace a definice tříd, jejich vlastnosti (proměnné, metody)

  • Vytváření objektů (deklarace sama objekt nevytvoří...), proměnné odkazující na objekt

  • Jmenné konvence - jak tvořit jména tříd, proměnných, metod

  • Použití objektů, volání metod, přístupy k proměnným

  • Modifikátory přístupu/viditelnosti (public, protected...)

  • Konstruktory (dotvoří/naplní prázdný objekt)

  • Přetěžování metod (dvě metody se stejným názvem a jinými parametry)

Třída, objekt, jejich vlastnosti

Co je třída a objekt?

Třída (také poněkud nepřesně zvaná objektový typ) představuje skupinu objektů, které nesou stejné vlastnosti

"stejné" je myšleno kvalitativně, nikoli kvantitativně, tj.

  • např. všechny objekty třídy Personsearch in Czech Wikipedia mají vlastnost namesearch in Czech Wikipedia,

  • tato vlastnost má však obecně pro různé lidi různé hodnoty - lidi mají různá jména

Objekt je jeden konkrétní jedinec (reprezentant, entita) příslušné třídy

pro konkrétní objekt nabývají vlastnosti deklarované třídou konkrétních hodnot

Příklad:

Vlastnosti objektu (1)

Vlastnostmi objektů jsou:

  • proměnné

  • metody

Vlastnosti objektů - proměnné i metody - je třeba deklarovat.

viz Sun Java Tutorial / Trail: Learning the Java Language: Lesson: Classes and Inheritance

Vlastnosti objektu (2)

Proměnné

  1. jsou nositeli "pasivních" vlastností; jakýchsi atributů, charakteristik objektů

  2. de facto jde o datové hodnoty svázané (zapouzdřené) v objektu

Metody

  1. jsou nositeli "výkonných" vlastností; "dovedností" objektů

  2. de facto jde o funkce (procedury) pracující (převážně) nad proměnnými objektu

Deklarace a použití třídy

Příklad - deklarace třídy Person

  • deklarujme třídu objektů - lidí

    public class Person { 
    
       private String name; 
       private int age; 
    
       public Person(String n, int a) { 
          name = n; 
          age = a;
       }
    
       public void writeInfo() { 
          System.out.println("Person:");
          System.out.println("Name "+name); 
          System.out.println("Age  "+age); 
       }
    } 
    
  • Použijme ji v programu -

    1. vytvořme instanci - objekt - typu Personsearch in Czech Wikipedia

    2. vypišme informace o něm

Příklad - použití třídy Person (1)

Mějme deklarovánu třídu Person

Metoda main v následujícím programu Demosearch in Czech Wikipedia:

  1. deklaruje dvě lokální proměnné typu Person - budou obsahovat odkazy na následně vytvořené objekty - lidi

  2. vytvoří tyto dva lidi (pomocí new Person)

  3. zavolá jejich metody

    vypisInfo()search in Czech Wikipedia

    public class Demo { 
       public static void main(String[] args) { 
          Person ales = new Person("Ales Necas", 38); 
          Person beata = new Person("Beata Novakova", 36); 
          ales.writeInfo();
          beata.writeInfo(); 
       }
    } 
    

Tedy: vypíší se informace o obou vytvořených objektech - lidech.

Nyní podrobněji k proměnným objektů.

Příklad - použití třídy Person (2)

Ve výše uvedeném programu znamenalo na řádku:

Person ales = new Person("Ales Necas", 38); 

Person alessearch in Czech Wikipedia: pouze deklarace (tj. určení typu) proměnné ales - bude typu Person.

ales = new Person ("Ales Necas", 38)search in Czech Wikipedia: vytvoření objektu Person se jménem Ales Necas.

Lze napsat zvlášť do dvou řádků nebo (tak jak jsme to udělali) na řádek jeden.

Každý příkaz i samostatně stojící deklaraci ukončujeme středníkem.

Vytváření objektů

Ve výše uvedených příkladech jsme objekty vytvářeli voláními new Person(...)search in Czech Wikipedia bezděčně jsme tak použili

  • operátor new, který vytvoří prázdný objekt typu Person a

  • volání konstruktoru, který prázdný objekt naplní počátečními údaji (daty).

Shrnutí

Objekty:

  • jsou instance "své" třídy

  • vytváříme je operátorem newsearch in Czech Wikipedia - voláním konstruktoru

  • vytvořené objekty ukládáme do proměnné stejného typu (nebo typu předka či implementovaného rozhraní - o tom až později)

Proměnné

Proměnné - deklarace

Položky namesearch in Czech Wikipedia a agesearch in Czech Wikipedia v předchozím příkladu jsou proměnné objektu Personsearch in Czech Wikipedia.

Jsou deklarovány v těle deklarace třídy Person.

Deklarace proměnné objektu má tvar:

modifikátory TypProměnné jménoProměnné;search in Czech Wikipedia

např.:

private int age;search in Czech Wikipedia

Proměnné - datový typ

Výše uvedená proměnná rokNarozenisearch in Czech Wikipedia měla datový typ int (32bitové celé číslo). Tedy:

  • proměnná takového typu nese jednu hodnotu typu celé číslo (v rozsahu -2^31.. 2^31-1);

  • nese-li jednu hodnotu, pak se jedná o tzv. primitivní datový typ.

Kromě celých čísel int nabízí Java celou řadu dalších primitivních datových typů. Primitivní typy jsou dané napevno, programátor je jen používá, nedefinuje.

Tam, kde nestačí diskrétní hodnoty (tj. primitivní typy), musíme použít typy složené, objektové.

  • Objektovými typy v Javě jsou třídy (class) a rozhraní (interface). Třídy už jsme viděli v příkladu Person.

  • Existují třídy definované přímo v Javě, v knihovně Java Core API.

  • Nenajdeme-li tam třídu, kterou potřebujeme, můžeme si ji nadefinovat sami - viz Person.

Proměnné - jmenné konvence

Na jméno (identifikátor) proměnné sice Java neklade žádná speciální omezení (tedy mimo omezení platná pro jakýkoli identifikátor), ale přesto bývá velmi dobrým zvykem dodržovat při pojmenovávání následující pravidla (blíže viz podrobný rozbor na http://java.sun.com/docs/codeconv/):

  • jména začínají malým písmenem

  • nepoužíváme diakritiku (problémy s editory, přenositelností a kódováním znaků) - a to přesto, že Java ji i v identifikátorech povoluje

  • (raději ani český jazyk, angličtině rozumí "každý")

  • je-li to složenina více slov, pak je nespojujeme podtržítkem, ale další začne velkým písmenem (tzv. "CamelCase")

např.:

private int rokNarozeni;search in Czech Wikipedia

je identifikátor se správně (vhodně) utvořeným jménem, zatímco:

private int RokNarozeni;search in Czech Wikipedia

není vhodný identifikátor proměnné (začíná velkým písmenem)

Dodržování těchto jmenných konvencí je základem psaní srozumitelných programů a bude vyžadováno, sledováno a hodnoceno v odevzdávaných úlohách i písemkách.

Proměnné - použití

Proměnné objektu odkazujeme pomocí "tečkové notace":

public class Demo2 { 
   public static void main(String[] args) { 
      ... 
      Person ales = new Person("Ales Necas", 38); // vytvoření objektu ...
      System.out.println(ales.name); // přístup k (čtení) jeho proměnné ...
      ales.name = "Aleš Novák"; // modifikace (zápis do) jeho proměnné 
   }
}    

Proměnné - modifikátory přístupu

Přístup k proměnným (i metodám) může být řízen uvedením tzv. modifikátorů před deklaraci prvku, viz výše:

// private = přístup pouze z této třídy: 
private String name;

Modifikátorů je více typů, nejběžnější jsou právě zmíněné modifikátory přístupu (přístupových práv)

Proměnné - použití (2)

Objektů (tzv. instancí) stejného typu (tj. stejné třídy) si můžeme postupně vytvořit více:

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) { 
       ... 
       Person ales = new Person("Ales Necas", 38); // vytvoření prvniho objektu 
       Person petr = new Person("Petr Svoboda", 36); // vytvoření druheho objektu ...
       System.out.println(ales.name); // přístup k (čtení) proměnné - prvnímu objektu
       System.out.println(petr.name); // přístup k (čtení) proměnné - druhému objektu
    }
}   

Existují tady dva objekty, každý má své (obecně různé) hodnoty proměnných - např. jsou různá jména obou lidí.

Metody

Metody

Nad existujícími (vytvořenými) objekty můžeme volat jejich metody. Metoda je:

  • podprogram (funkce, procedura), který primárně pracuje s proměnnými "mateřského" objektu,

  • může mít další parametry

  • může ve svém kódu (těle) deklarovat lokální proměnné - v našem příkladu metoda main deklarovala proměnné ales, petr.

  • může vracet hodnotu podobně jako v Pascalu funkce.

Každá metoda se musí ve své třídě deklarovat.

[Poznámka]Poznámka

V Javě neexistují metody deklarované mimo třídy (tj. Java nezná žádné "globální" metody).

Metody - příklad

Výše uvedená třída Personsearch in Czech Wikipedia měla metodu na výpis informací o daném objektu/člověku:

public class Person { 

   private String name; 
   private int age; 

   public Person(String n, int a) { 
      name = n; 
      age = a;
   }

   public void writeInfo() { 
      System.out.println("Person:");
      System.out.println("Name "+name); 
      System.out.println("Age  "+age); 
   }
} 

Volání metod

  • Samotnou deklarací (napsáním kódu) metody se žádný kód neprovede.

  • Chceme-li vykonat kód metody, musíme ji zavolat.

  • Volání se realizuje (tak jako u proměnných) "tečkovou notací", viz dále.

  • Volání lze provést, jen je-li metoda z místa volání přístupná - "viditelná". Přístupnost regulují pdobně jako u proměnných modifikátory přístupu.

Volání metod - příklad

Vracíme se k prvnímu příkladu: vytvoříme dva lidi a zavoláme postupně jejich metodu writeInfo.

public class TestLidi { 
   public static void main(String[] args) { 
      Person ales = new Person("Ales Necas", 38); 
      Person beata = new Person("Beata Novakova", 36); 
      ales.writeInfo(); // volání metody objektu ales 
      beata.writeInfo(); // volání metody objektu beata 
   }
}   

Vytvoří se dva objekty Personsearch in Czech Wikipedia a vypíší se informace o nich.

Parametry metod

V deklaraci metody uvádíme v její hlavičce tzv. formální parametry.

Syntaxe:

modifikatory typVraceneHodnoty nazevMetody(seznamFormalnichParametru) { 
   tělo (výkonný kód) metody
 
}

seznamFormalnichParametru je tvaru: typParametru nazevFormalnihoParametru, ...search in Czech Wikipedia

Podobně jako v jiných jazycích parametr představuje v rámci metody lokální proměnnou.

Při volání metody jsou f. p. nahrazeny skutečnými parametry.

Předávání skutečných parametrů metodám

Hodnoty primitivních typů - čísla, logické hodnoty, znaky

  • se předávají hodnotou, tj. hodnota se nakopíruje do lokální proměnné metody

Hodnoty objektových typů - všechny ostatní (tj. vč. všech uživatelem definovaných typů)

  • se předávají odkazem, tj. do lokální proměnné metody se nakopíruje odkaz na objekt - skutečný parametr

    Pozn: ve skutečnosti se tedy parametry vždy předávají hodnotou, protože v případě objektových parametrů se předává hodnota odkazu na objekt - skutečný parametr.

V Javě tedy nemáme jako programátoři moc na výběr, jak parametry předávat

  • to je ale spíše výhoda!

Příklad předávání parametrů - primitivní typy

Rozšiřme definici třídy Person o metodu scream s parametry:

... 
public void scream(int kolikrat) {
   System.out.println("Kricim " + kolikrat + "krat UAAAA!"); 
}
...   

Při zavolání:

... 
scream(10); 
... 

tato metoda vypíše

Kricim 10krat UAAAA!

Příklad předávání parametrů - objektové typy (1)

Následující třída Accountsearch in Czech Wikipedia modeluje jednoduchý bankovní účet s možnostmi:

  • přidávat na účet/odebírat z účtu

  • vypisovat zůstatek na něm

  • převádět na jiný účet

public class Account { 
    // stav (zustatek) penez uctu 
    private double balance; 

    public void add(double amount) { 
        balance += amount; 
    }

    public void writeBalance() {
        System.out.println(balance);
    }

    public void transferTo(Account whereTo, double amount) { 
        balance -= amount; 
        whereTo.add(amount); 
    }
} 

Metoda transferTo pracovat nejen se svým "mateřským" objektem, ale i s objektem whereTo předaným do metody... opět přes tečkovou notaci.

Příklad předávání parametrů - objektové typy (2)

Příklad použití třídy Account:

...
public static void main(String[] args) { 
   Account petrsAccount = new Account();
   Account ivansAccount = new Account(); 
   petrsAccount.add(100);
   ivansAccount.add(220); 
   petrsAccount.transferTo(ivansAccount, 50);
   petrsAccount.writeBalance(); 
   ivansAccount.writeBalance(); 
}   

Návrat z metody

Kód metody skončí, tj. předá řízení zpět volající metodě (nebo systému - v případě startovní metody mainsearch in Czech Wikipedia), jakmile

  • dokončí poslední příkaz v těle metody nebo

  • dospěje k příkazu returnsearch in Czech Wikipedia

Metoda může při návratu vrátit hodnotu - tj. chovat se jako funkce (ve pascalském smyslu):

  • Vrácenou hodnotu musíme uvést za příkazem returnsearch in Czech Wikipedia. V tomto případě tedy nesmí return chybět!

  • Typ vrácené hodnoty musíme v hlavičce metody deklarovat.

  • Nevrací-li metoda nic, pak musíme namísto typu vracené hodnoty psát voidsearch in Czech Wikipedia.

Pozn.: I když metoda něco vrátí, my to nemusíme použít, ale je to trochu divné...

Konstruktory

Konstruktory

Co a k čemu jsou konstruktory?

  • Konstruktury jsou speciální metody volané při vytváření nových instancí dané třídy.

  • Typicky se v konstruktoru naplní (inicializují) proměnné objektu.

  • Konstruktory lze volat jen ve spojení s operátorem newsearch in Czech Wikipedia k vytvoření nové instance třídy - nového objektu, evt. volat z jiného konstruktoru

Syntaxe (viz výše):

public class Person { 
   private String name;
   private int age; 
   // konstruktor se dvěma parametry 
   // - inicializuje hodnoty proměnných ve vytvořeném objektu 
   public Person(String n, int a) { 
      name = n;
      age = a;
   }
   ...
} 

Příklad využití tohoto konstruktoru:

...
Person pepa = new Person("Pepa z Hongkongu", 105); 
... 

Toto volání vytvoří objekt pepa a naplní ho jménem a věkem.

Konstruktory (2)

Jak je psát a co s nimi lze dělat?

  • nemají návratový typ (ani voidsearch in Czech Wikipedia - to už vůbec ne!!!)

  • mohou mít parametry

  • mohou volat konstruktor rodičovské třídy - ale jen jako svůj první příkaz

Přetěžování metod

Přetěžování

Jedna třída může mít:

  • Více metod se stejnými názvy, ale různými parametry.

  • Pak hovoříme o tzv. přetížené (overloaded) metodě.

  • Nelze přetížit metodu pouze změnou typu návratové hodnoty.

Přetěžování - příklad

Ve třídě Ucetsearch in Czech Wikipedia přetížíme metodu prevedNasearch in Czech Wikipedia.

  • Přetížená metoda převede na účet příjemce celý zůstatek z účtu odesílatele:

public void transferTo(Account whereTo) { 
   whereTo.add(balance); 
   balance = 0;
} 

Ve třídě

Ucet

koexistují dvě různé metody se stejným názvem, ale jinými parametry.

Pozn: I když jsou to teoreticky dvě úplně různé metody, pak když už se jmenují stejně, měly by dělat něco podobného.

Přetěžování - příklad (2)

  • Často přetížená metoda volá jinou "verzi" metody se stejným názvem:

    public void transferTo(Account whereTo) { 
       transferTo(whereTo, balance); 
    } 
    
  • Toto je jednodušší, přehlednější, udělá se tam potenciálně méně chyb.

    Lze doporučit. Je to přesně postup divide-et-impera, rozděl a panuj, dělba práce mezi metodami!

Přetěžování - příklad (3)

  • Je ale otázka, zdali převod celého zůstatku raději nenapsat jako nepřetíženou, samostatnou metodu, např.:

    public void transferAllMoneyTo(Account whereTo) { 
       transferTo(whereTo, balance); 
    } 
    
  • Je to o něco instruktivnější, ale přibude další identifikátor - název metody - k zapamatování.

    Což může být výhoda (je to výstižné) i nevýhoda (musíme si pamatovat další).

Odkazy na objekty (instance)

Odkazy na objekty (instance)

Deklarace proměnné objektového typu ještě žádný objekt nevytváří.

To se děje až příkazem - operátorem - newsearch in Czech Wikipedia.

  • Proměnné objektového typu jsou vlastně odkazy na dynamicky vytvořené objekty.

  • Přiřazením takové proměnné zkopírujeme pouze odkaz. Nezduplikujeme celý objekt!

Přiřazování objektových proměnných

V následující ukázce vytvoříme dva účty.

  • Odkazy na ně budou primárně v proměnných petruvUcet a ivanuvUcet.

  • V proměnné u nebude primárně odkaz na žádný účet.

  • Pak do ní přiřadíme (u = petruvUcet;search in Czech Wikipedia) odkaz na objekt skrývající se pod odkazem petruvUcet.

  • Od této chvíle můžeme s účtem petruvUcet manipulovat přes odkaz (proměnnou) u.

    Což se také děje: u.prevedNa(ivanuvUcet, 50);search in Czech Wikipedia

 ... 
   public static void main(String[] args) { 
      Account petruvUcet = new Account(); 
      Account ivanuvUcet = new Account(); 
      Account u; 
      petruvUcet.add(100);
      ivanuvUcet.add(220);
      u = petruvUcet; 
      u.transferTo(ivanuvUcet, 50); //  odečte se z Petrova účtu 
      petruvUcet.writeBalance(); // vypíše 50
      ivanuvUcet.writeBalance(); 
   } 

Vracení odkazu na sebe

Metoda může vracet odkaz na objekt, nad nímž je volána pomocí

return this; search in Czech Wikipedia

Příklad - upravený Accountsearch in Czech Wikipedia s metodou transferTosearch in Czech Wikipedia vracející odkaz na sebe

public class Account { 

   private double balance; 

   public void add(double amt) { 
      balance += amt; 
   }

   public void writeBalance() { 
      System.out.println(balance); 
   } 

   public Account transferTo(Account whereTo, double a) { 
      add(-a); 
      u.add(a); 
      return this;
   }
}   

Řetězení volání

Vracení odkazu na sebe (tj. na objekt, na němž se metoda volala) lze s výhodou využít k "řetězení" volání:

 ... 
   public static void main(String[] args) { 
      Account petruvUcet = new Account(); 
      Account ivanuvUcet = new Account(); 
      Account igoruvUcet = new Account(); 
      petruvUcet.add(100);
      ivanuvUcet.add(100); 
      igoruvUcet.add(100); 

// budeme řetězit volání:
      petruvUcet.transferTo(ivanuvUcet, 50).transferTo(igoruvUcet, 20);
      petruvUcet.writeBalance(); // vypíše 30 
      ivanuvUcet.writeBalance(); // vypíše 150 
      igoruvUcet.writeBalance(); // vypíše 120 
   }
    

Statické proměnné a metody

Proměnné a metody třídy - statické

Dosud jsme zmiňovali proměnné a metody (tj. souhrnně prvky - members) objektu.

Lze deklarovat také metody a proměnné patřící celé třídě, tj. skupině všech objektů daného typu - statická proměnná existuje pro jednu třídu jen jednou!

Takové metody a proměnné nazýváme statické a označujeme v deklaraci modifikátorem staticsearch in Czech Wikipedia

Příklad statické proměnné a metody

Představme si, že si budeme pamatovat, kolik lidí se nám během chodu programu vytvořilo a vypisovat tento počet.

Budeme tedy potřebovat do třídy Person doplnit:

  • jednu proměnnou peopleCount společnou pro celou třídu Person - každý člověk ji při svém vzniku zvýší o jedna.

  • jednu metodu howManyPeople, která vrátí počet dosud vytvořených lidí.

public class Person { 

   private String name; 
   private int a; 
   private static int peopleCount = 0; 

   public Person(String n, int a) { 
      name = n; 
      age = a;
      peopleCount++;
   } 
   ... 
   public static int howManyPeople() { 
      return peopleCount; 
   }
   ... 
} 

Pozn: Všimněte si v obou případech modifikátoru/klíčového slova static.