Курс "Программирование на Java". Лекция 03 "Классы". Организация пакетов. Наследование, Override, абстрактные классы, анонимные классы, уровни доступа, инкапсуляция. Интерфейсы, множественное наследование, реализация по умолчанию. Контракт на сравнение объектов. Enum-ы. МФТИ, 2016 год. Лектор - Лаврентьев Федор Сергеевич

1. 3. Классы
Программирование на Java
Федор Лаврентьев
МФТИ, 2016

2. Пакеты (packages)

3. Файл java/lang/Integer.java
package java.lang;
public class Integer {
public static final int MAX_VALUE = ...;
...
}

4. Файл ru/mipt/java/lection3/Example.java
package ru.mipt.java.lection3;
[import java.lang.Integer;]
import java.io.InputStream;
import static java.lang.Integer.MAX_VALUE;
import static java.lang.Integer.toHexString;
public class Example {
Integer maxInt = MAX_VALUE;
String maxString = toHexString(MAX_VALUE);
InputStream is =
new java.io.FileInputStream(“foo.txt”);
InputSteam is2 = new ru.mipt.java.lection3. FileInputStream();
}

5. Файлы и директории
ru/
- mipt/
- java/
|- lection3/
| |- Child.java
| |- Example.java
| - Parent.java
- lection4/
- Utility.java
java/
|- io/
| |- IOException.java
| - InputStream.java
- lang/
- String.java

6. Прямое наследование

7. Наследование
class Rectangle {
final double width, height;
Rectangle(double width, double height) {
this.width = width;
this.height = height;
}
}
class Square extends Rectangle {
Square(double side) {
super(side, side);
}
}

8. LSP (Barbara Liskov’s Substitution Principle)
double calcArea(Rectangle r) {
return r.getWidth() * r.getHeight();
}
Rectangle a = new Rectangle(4, 5);
calcArea(a); // 20
Rectangle b = new Square(4);
calcArea(b); // 16
Square c = new Square(5);
calcArea(c); // 25

9. Приведение и проверка типов
public void draw(Shape shape) {
if (shape instanceof Rectangle) {
Rectangle rect = (Rectangle) shape;
drawRectangle(rect);
} else if (shape instanceof Circle) {
Circle circle = (Circle) shape;
drawCircle(circle);
} else if (shape instanceof Line) {
drawLine((Line) shape);
}
}

10. Абстрактные классы
abstract class Shape {
abstract double calcArea();
}
class Rectangle extends Shape {
...
@Override
double calcArea() {
return getWidth() * getHeight();
}
}

11. Переопределение метода
class Object {
public int hashCode() { ... }
}
class Long [extends Object] {
private final long value;
@Override
public int hashCode() {
return (int) (value ^ (value >>> 32))
}
}

12. Вызов метода родительского класса
class Circle {
public void draw() {
Canvas.circle(x, y, radius);
}
}
class Sun extends Circle {
@Override
public void draw() {
super.draw(); // Draw circle
drawSunlight();
}
}

13. Инстанцирование абстрактного класса
Shape a = new Rectangle(3, 4);
a.calcArea(); // 12
Shape b = new Square(7);
b.calcArea(); // 49
Shape c = new Shape();
c.calcArea(); // ?

14. Инстанцирование абстрактного класса
Shape a = new Rectangle(3, 4);
a.calcArea(); // 12
Shape b = new Square(7);
b.calcArea(); // 49
Shape c = new Shape(); // WRONG!
c.calcArea();

15. Анонимные классы
Shape a = new Rectangle(3, 4);
a.calcArea(); // 12
Shape b = new Square(7);
b.calcArea(); // 49
Shape c = new Shape() {
double calcArea() { return 0; }
}
c.calcArea(); // 0

16. Модификаторы доступа

17. Инкапсуляция - private и public
public class Animal {
private double x;
private double y;
private double bearing;
public double getX() { return x; }
public double getY() { return y; }
public double getBearing() { return bearing; }
public void rotate(double angle) {
bearing = modulo(bearing + angle, 2 * Math.PI);
}
public void stepUp(double distance) {
x += distance * Math.cos(bearing);
y += distance * Math.sin(bearing);
}
}

18. Точки расширения - protected
public class Animal {
...
private boolean hungry;
public boolean isHungry() { return hungry;}
protected void setHungry(boolean hungry) {
this.hungry = hungry;
}
}
public class LazyAnimal {
@Override
public void stepUp(double distance) {
if (isHungry()) throw new IllegalStateException();
super.stepUp(distance);
setHungry(true);
}
}

19. Доступ по умолчанию (package-local)
package edu.phystech.java.lection3;
public class Animal {
...
String name;
}
public class Dog extends Animal {
public String tellName() { return “Bark!”; }
}
public class Student extends Animal {
public String tellName() { return name; }
}
public class Zookeeper {
public String nameAnimal(Animal a) {
return a.name;
}
}

20. Хорошая, годная инкапсуляция
public class Wallet {
private double money = 0.0;
public void putMoney(double amount) {
if (amount < 0) throw new IllegalArgumentException();
money += amount
}
public void takeMoney(double amount) {
if (amount < 0) throw new IllegalArgumentException();
if (amount > money) throw new IllegalArgumentException();
money -= amount;
}
public double getMoney() {
return money;
}
}

21. Нарушение инкапсуляции
public class Wallet {
public double money = 0.0;
public void putMoney(double amount) {
if (amount < 0) throw new IllegalArgumentException();
money += amount
}
public void takeMoney(double amount) {
if (amount < 0) throw new IllegalArgumentException();
if (amount > money) throw new IllegalArgumentException();
money -= amount;
}
public double getMoney() {
return money;
}
}

22. Public Morozoff в один ход
public class Wallet {
public double money;
...
}
public static void leakMoney(Wallet w) {
w.money = -5;
}

23. Возможное нарушение инкапсуляции
public class Wallet {
protected double money = 0.0;
public void putMoney(double amount) {
if (amount < 0) throw new IllegalArgumentException();
money += amount
}
public void takeMoney(double amount) {
if (amount < 0) throw new IllegalArgumentException();
if (amount > money) throw new IllegalArgumentException();
money -= amount;
}
public double getMoney() {
return money;
}
}

24. Public Morozoff в два хода
public class Wallet {
protected double money;
...
}
pubic class LeakingWallet extends Wallet {
public void setMoney(double amount) {
money = amount;
}
}
public void leakMoney(LeakingWallet w) {
w.setMoney(-5);
}

25. Внутренние классы
public class Dog {
private double bearing; // Направление
public class Head {
private final int length;
public String smash() {}
}
}

26. Вложенные классы
public class Observable {
public static class Event {
private final Observable source;
private final String type;
private final String cause;
}
public static class Observer {
void onEvent(Event e) { ... }
}
}

27. Множественное наследование

28. Интерфейсы
public interface Planar {
[public] void setLocation(Location l);
[public] Location getLocation();
}
public class Rectangle implements Planar {
@Override
void setLocation(Location l) {
this.left = l.getX();
this.top = l.getY();
}
@Override
void getLocation() {
return new Location(getLeft(), getTop());
}
}

29. Абстрактная имплементация интерфейса
public interface Planar {
void setLocation(Location l);
Location getLocation();
}
public abstract class Shape implements Planar {
// setLocation() unimplemented
// getLocation() unimplemented
}
public class Rectangle extends Shape {
...
}

30. Наследование интерфейсов
public interface Planar {
void setLocation(Location l);
Location getLocation();
}
public interface Drawable extends Planar {
void draw(Canvas c);
}
public class Shape implements Drawable {
...
}

31. Множественное наследование
public class Geometry {
...
}
public class Circle
extends Geometry
implements Drawable, Comparable, Closeable {
...
}

32. Реализация по умолчанию
public interface Observable {
List<Observer> getObservers();
void addObserver(Observer o) default {
getObservers().add(o);
}
Observer removeObserver(Observer o) default {
getObservers().remove(o);
}
void notifyObservers(Event e) default {
List<Observer> observers = getObservers();
for (int i = 0; i <= observers.size(); ++i) {
observers.get(i).onEvent(e);
}
}
}

33. Сравнение объектов

34. Сравнение по ссылке
Student s1 = new Student(“Vasya”, 21);
Student s2 = new Student(“Vasya”, 21);
Student s3 = s1;
assert s1 == s1; // true
assert s1 == s2; // false
assert s1 == s3; // true

35. Сравнение по ссылке
Integer a = 100500;
Integer b = Integer.valueOf(100500);
Integer c = Integer.valueOf(100500);
assert a == b;
assert a == c;
assert b == c;
Integer d = 42;
Integer e = Integer.valueOf(42)
assert d == e;

36. Сравнение по ссылке
Integer a = 100500;
Integer b = Integer.valueOf(100500);
Integer c = Integer.valueOf(100500);
assert a == b; // WRONG
assert a == c; // WRONG
assert b == c; // WRONG
Integer d = 42;
Integer e = Integer.valueOf(42)
assert d == e;

37. Сравнение по ссылке
Integer a = 100500;
Integer b = Integer.valueOf(100500);
Integer c = Integer.valueOf(100500);
assert a == b; // WRONG
assert a == c; // WRONG
assert b == c; // WRONG
Integer d = 42;
Integer e = Integer.valueOf(42)
assert d == e; // CORRECT?!

38. Сравнение объектов – equals
class Student {
...
public boolean equals(Object o) {
if (o == null) return false;
if (this == o) return true;
if (this.getClass() != o.getClass()) return false;
Student s = (Student) o;
if (this.age != s.age) return false;
if (this.name == null) return s.name == null;
return this.name.equals(s.name);
}
}

39. Сравнение объектов – equals (в Java 7)
class Student {
...
public boolean equals(Object o) {
if (o == null) return false;
if (this == o) return true;
if (this.getClass() != o.getClass()) return false;
Student s = (Student) o;
if (this.age != s.age) return false;
return Objects.equals(this.name, s.name);
}
}

40. Сравнение объектов – хеш-код
class Student {
...
public int hashCode() {
final int prime = 37;
return age * prime + name.hashCode();
}
}

41. Сравнение объектов – по умолчанию
public class Object {
...
public native int hashCode();
// адрес в памяти
public boolean equals(Object o) {
return this == o;
}
}

42. Контракт на сравнение объектов
• a.equals(a) == true; // Рефлексивность
• a.equals(b) == b.equals(a); // Симметричность
• a.equals(b) && b.equals(c) => a.equals(c); // Транзитивность
• a.equals(b) == a.equals(b); //Консистентность
• a.hashCode() == a.hashCode(); //Консистентность
• a.equals(b) == true => a.hashCode() == b.hashCode();
• a.equals(null) == false;

43. Enum

44. Enum
public enum TaskState {
QUEUED, RUNNING, FINISHED, FAILED;
}
import static TaskState.*;
public class Task {
private TaskState state;
void updateState(TaskState nextState) {
if (state == FINISHED || state == FAILED) {
throw new IllegalStateException();
}
if (state == RUNNING && nextState == QUEUED) {
throw new IllegalStateException();
}
state = nextState;
}
}

45. Расширение enum
public enum TaskState {
QUEUED(0), RUNNING(1), FINISHED(2), FAILED(2);
private final int order;
private TaskState(int order) {
this.order = order;
}
public boolean isUpdateAllowed(TaskState next) {
return next.order > this.order;
}
}

46. Расширение enum
import static TaskState.*;
public class Task {
private TaskState state;
void updateState(TaskState nextState) {
if (!state.isUpdateAllowed(nextState) {
throw new IllegalStateException();
}
state = nextState;
}
}