Programare Orientata spre Obiecte (POO)

26/10/2010 http://discipline.elcom.pub.ro/POO-Java

Laborator 2

Introducere in programarea orientata spre obiecte (POO). Obiecte si clase. Incapsularea

2.1. Descrierea laboratorului

In aceasta lucrare de laborator vor fi acoperite urmatoarele probleme:

- Utilizarea mediului de dezvoltare integrat (IDE) BlueJ (vezi si Tutorial BlueJ in limba romana)

- Obiecte si clase (Java)

- Crearea obiectelor si invocarea metodelor Java cu BlueJ

- Tipuri de date Java si starea unui obiect

- Comportamentul unui obiect si interactiunea obiectelor

- Codul sursa Java, editarea si compilarea lui in BlueJ

- Studiu de caz: Clasa care incapsuleaza informatii despre un student

- Teme de casa si anexa Instalarea kitului BlueJ

2.2. Obiecte si clase (Java)

2.2.1. Definitii

Programele de calcul sunt secvente de instructiuni care prin executia lor pe sisteme (masini) de calcul rezolva probleme aparute in diferite domenii ale lumii reale. Programele sunt solutii ale acestor probleme. Un program scris intr-un limbaj orientat spre obiecte (OO) reprezinta un model al unei parti din lumea reala.

Elementele care compun modelul (numite OBIECTE software) sunt construite prin analogie cu entitati care apar in lumea reala (obiecte reale, concepte). Obiectele software obtinute prin modelare (analogie cu lumea reala) trebuie reprezentate in limbajul de programare.

Ca si in cazul obiectelor si conceptelor din lumea reala, obiectele software pot fi categorisite. O constructie software (structura complexa) numita CLASA descrie intr-o forma abstracta toate obiectele de un tip particular. La fel ca in lumea reala, in care obiectele si conceptele sunt clasificate pe baza atributelor esentiale pe care le au acestea, clasele reprezinta obiecte software care au atribute similare (atributele fiind elemente de date, variabile interne, proprietati care caracterizeaza obiectele).

De exemplu, la intrarea intr-un laborator noi clasificam obiectele individuale: banci, studenti, si interactionam cu ele pe baza categoriei lor fara a fi necesar sa le cunoastem toate detaliile (atributele).

Clasa defineste elementele comune, numite in Java CAMPURI (atribute in teoria orientarii spre obiecte) si METODE (operatii in teoria orientarii spre obiecte), ale unei categorii de obiecte. Clasa reprezinta astfel tipul de date al obiectelor.

In laborator:

1. Dati nume cate unui obiect Java din fiecare dintre cele doua clase anterior numite.

2. Scrieti codul Java pentru crearea celor doua obiecte.

In laborator:

1. Lansati in executie mediul de dezvoltare BlueJ.

2. Deschideti proiectul numit shapes.

I. Click pe meniul Project, apoi selectati Open Project … (sau direct Ctrl+O)

II. Selectati succesiv C:\, BlueJ, examples, shapes, (sau scrieti C:\BlueJ\examples\shapes)

In laborator:

1. Click-dreapta (meniul pop-up) pe , selectati new Circle(), acceptati valoarea implicita.

2. Creati un alt cerc, acceptand din nou valoarea implicita oferita de BlueJ.

3. Creati un patrat (Square) in aceleasi conditii.

In laborator:

1. Click-dreapta (meniul pop-up) pe primul obiect de tip cerc si selectati Inspect.

2. Repetati operatia pentru al doilea cerc. Apoi comparati valorile atributelor (campurilor – fields).

2.2.3. Apelul (invocarea) metodelor

Metoda Java (operatia in teoria OO), atunci cand este executata, realizeaza o secventa de actiuni (reprezentate in programe prin instructiuni) asupra obiectului caruia ii apartine. Actiunile realizate de executia metodelor au in general efect asupra valorilor campurilor (atributelor) obiectului.

Efectele acestor actiuni pot fi combinatii intre:

- modificarea valorilor campurilor obiectului, ca in cazul metodelor de tip setCamp(),

- obtinerea valorilor campurilor, ca in cazul metodelor de tip getCamp(),

- realizarea altor sarcini utilizand aceste valori.

Regruparea mai multor elemente de date (campuri/atribute) si/sau de comportament (metode/operatii) asociate se numeste incapsulare.

Incapsularea OO (orientata spre obiecte) inseamna in plus ascunderea detaliilor interne de tip:

- informatii (setul de campuri/atribute),

- si implementare (setul de coduri interne ale metodelor/operatiilor),

in spatele unei interfete publice (setul de declaratii/semnaturi ale metodelor/operatiilor).

In laborator:

1. Click-dreapta pe obiectul circle1 si selectati void makeVisible().

2. Click pe pentru urmari efectul grafic al apelului metodei makeVisible().

3. Click-dreapta pe obiectul circle1 si selectati moveUp(). Urmariti efectul grafic.

4. Repetati apelul moveUp(), urmarind efectul grafic.

2.2.4. Parametrii metodelor

Parametrii specifica valorile de intrare necesare metodelor pentru a fi executate.

Declaratiile metodelor (semnaturile) pot include liste de declaratii de parametri. Acesti parametri sunt variabile care au ca scop intregul corp al metodei si se numesc parametri formali sau simplu PARAMETRI. Parametrii formali sunt declarati ca orice variabila, folosind formatul tipVariabila numeVariabila.

Apelurile metodelor pot include liste de valori date parametrilor, valori care trebuie sa corespunda ca tip celor declarate. Valorile pasatele metodelor in momentul apelurilor se numesc parametri actuali sau simplu ARGUMENTE.

De exemplu, apelul circle1.changeSize(50) specifica valoarea “50” ca argument, utilizat de metoda changeSize() pentru a da valoarea “50” diametrului cercului.

In laborator:

1. Click-dreapta pe obiectul circle1 si selectati void makeVisible().

2. Click pe pentru urmari efectul grafic al apelului metodei.

3. Click-dreapta pe circle1 si selectati void changeSize(int newDiameter).

4. Stabiliti valoarea diametrului la 150 in fereastra care apare pe ecran. Urmariti efectul grafic.

5. Apelati metoda void slowMoveVertical(int distance) pasandu-i 50. Urmariti efectul grafic.

6. Apelati de mai multe ori metoda void moveUp(). Urmariti efectul grafic. Comparati efectele.

7. Apelati metoda void slowMoveHorizontal(int distance) pasandu-i 50. Urmariti efectul grafic.

2.2.5. Tipuri de date

Descrierea problemelor reale sub forma de modele reprezentate ca programe de calcul necesita definirea datelor problemei.

Urmatoarele campuri descriu obiectul “circle1” de tip “Circle”:

TIPUL DE DATE este o descriere abstracta a unui grup de entitati asemanatoare.

Tipul de date defineste structura variabilelor si domeniul de definitie al valorilor.

Mai exact, tipul de date specifica:

- spatiul de memorie alocat pentru stocarea valorii campului/parametrului/variabilei (de ex., 4B = 32b pentru tipul int, 1b pentru tipul boolean, etc.);

- gama/multimea valorilor posibile (-2³¹…2³¹-1 pentru int, valorile true si false pentru boolean);

- formatul valorilor literale/de tip imediat (de ex., 100000 sau -2000 pentru tipul int, true sau false pentru tipul boolean, etc.) ;

- regulile privind conversiile catre alte tipuri (de ex., tipul int se poate converti direct, implicit, la tipurile long, float si double, si poate fi convertit explicit, prin cast – conversie prin trunchiere, la tipurile byte si short, pe cand tipul boolean nu poate fi convertit la nici un alt tip, etc.),

- valorile implicite (doar in cazul campurilor!, 0 pentru tipul int, false pentru tipul boolean, etc.) ;

- operatorii asociati (permisi) – care tin de partea de prelucrare asupra datelor.

Tipurile de date primitive Java:

Categorie	Tip	Valoare implicita	Spatiu memorie	Gama valori	Conversii explicite (cast, trunchiere)	Conversii implicite (extindere)
Valori intregi cu semn	byte	0	8 biti (1B)	-128 … 127	La char	La short, int, long, float, double
	short	0	16 biti (2B)	-32768 … 32767	La byte, char	La int, long, float, double
	int	0	32 biti (4B)	-2147483648 … 2147483647	La byte, short, char	La long, float, double
	long	0l	64 biti (8B)	-9223372036854775808 …9223372036854775807	La byte, short, int, char	La float, double
Valori in virgula mobile cu semn	float	0.0f	32 biti (4B)	+/-1.4E-45 … +/-3.4028235E+38, +/-infinity, +/-0, NAN	La byte, short, int, long, char	La double
Valori in virgula mobile cu semn	double	0.0	64 biti (8B)	+/-4.9E-324 … +/-1.8+308, +/-infinity, +/-0, NaN	La byte, short, int, long, float, char	Nu exista (nu sunt necesare)
Caractere codificate UNICODE	char	\u0000 (null)	16 biti (2B)	\u0000 … \uFFFF	La byte, short	La int, long, float, double
Valori logice	boolean	`false`	1 bit folosit din 32 biti	true, false	Nu exista (nu sunt posibile)	Nu exista (nu sunt posibile)

In Java, pe langa tipurile de date primitive, exista si tipuri de date complexe numite tipuri referinta, tablourile si clasele.

In laborator:

1. Click-dreapta pe obiectul circle1 si selectati void makeVisible().

2. Click pe pentru urmari efectul grafic al apelului metodei.

3. Apelati metoda void changeColor(String newColor) pasandu-i "red". Urmariti efectul grafic.

4. Apelati metoda void changeColor(String newColor) pasandu-i "rosu". Ce observati?

5. Apelati metoda void changeColor(String newColor) pasandu-i red. Ce observati?

2.2.6. Instante (obiecte) multiple

Folosind definitia unei clase (de ex. Circle) pot fi create mai multe obiecte de acelasi tip (diferentiate/identificate prin nume):

Optional, in laborator:

1. Inspectati starea obiectului circle1 cu double-click pe (sau click-dreapta si Inspect).

2. Schimbati culoarea obiectului circle1si inspectati-i din nou starea (valorile campurilor).

3. Creati doua obiecte . Inspectati-le starea.

4. Au toate campurile aceleasi nume? Sunt toate valorile aceleasi?

5. Apelati metode care schimba pozitia celor doua obiecte. Inspectati-le starea. Ce s-a schimbat?

6. Creati doua obiecte din clase diferite. Inspectati-le starea. Ce campuri au aceleasi nume?

2.2.8. Comportamentul unui obiect

O metoda realizeaza o actiune asupra valorilor campurilor obiectului caruia ii apartine, putand folosi valorile acelor campuri, si astfel efectueaza o sarcina pentru codul (context) care a apelat-o.

Metoda este un atom de COMPORTAMENT al obiectului. Comportamentul global al obiectului este obtinut prin inlantuirea apelurilor de metode. Toate obiectele din aceeasi clasa au aceleasi metode disponibile. Clasa “Circle” are metodele:

<--proprii

^

mostenite

Text Box:

In laborator:

1. Creati o imagine care sa schiteze o casa si un soare similare celor din imaginea de mai sus.

2. Notati-va sarcinile pe care le-ati indeplinit pentru a obtine acest efect

De exemplu:

I. Circle circle1 = new Circle() // altfel spus, e creat un cerc

II. circle1 makeVisible() // apoi e facut vizibil cercul

III. circle1 moveHorizontal(200) // e deplasat orizontal 200 pixeli

IV. circle1 changeSize(50) // e redimensionat la 50 pixeli

V. circle1 changeColor("yellow") // si e colorat in galben

VI. ...

3. Ar fi putut fi apelate metodele in alta ordine pentru a obtine acelasi efect?

Observatie: Pentru a obtine automat pasii in forma electronica se deschide Terminal Window (cu View->Show Terminal sau cu Ctrl+T) si se seteaza in acea fereastra Options -> Record method calls. In acest fel in Terminal Window vor fi scrisi automat pasii parcursi, ca in exemplul care urmeaza.

2.2.9. Interactiunea (colaborarea) obiectelor

Sarcinile realizate manual in exercitiul anterior sunt in mod normal scrise sub forma de instructiuni Java intr-un fisier, pentru a putea fi executate din nou. Primii 5 pasi ar fi scrisi in Java:

Optional, in laborator:

1. Vizualizati codul sursa al clasei Square. Gasiti semnaturile metodelor invocate in metoda draw() a clasei Picture. Care sunt sarcinile indeplinite de codurile acestor metode?

Optional, in laborator:

1. Vizualizati codul sursa al clasei Picture. Gasiti codul sursa al metodei public void draw().

2. Modificati culoarea zidului in "blue". Compilati codul sursa cu click pe butonul Compile.

3. Ce s-a intamplat cu obiectul picture1?

2.3. Studiu de caz: Clasa care incapsuleaza informatii despre un student

2.3.1. Constructia structurii statice a clasei (doar campurile/atributele)

Sa presupunem ca dorim sa scriem codul unei clase Java numita Student care sa abstractizeze un student real (incapsuland informatii despre el) in cadrul unui program care gestioneaza informatii intr-o universitate, facultate, etc.

Pentru inceput ne vom concentra pe proprietatile (atributele, campurile Java) care constituie structura statica (datele, informatiile reprezentate sub forma de variabile) a clasei.

Pentru a selecta cateva informatii esentiale pentru modelul software al unui student putem mai intai sa ne imaginam care vor fi cazurile de utilizare (termen utilizat in limbajul UML pentru modelarea sistemelor software OO) ale clasei.

Acestea ar putea fi: Inmatriculare, Repartizare in serie/grupa, Parcurgere semestru, Promovare semestru, Proiect de diploma, Cazare, Absolvire.

Putem considera ca esentiale acele informatii care apar in mai multe astfel de cazuri de utilizare, cum ar fi numele studentului (informatie ce tine de persoana sa), cursurile / disciplinele pe care le are de parcurs (care tin de programa de studiu si de alegerile facute de el) si rezultatele / notele obtinute la aceste cursuri.

Reprezentand aceste informatii in forma cea mai simpla in limbajul Java rezulta codul:

/**
   * Incapsuleaza informatiile despre un Student.
   * @version 1.0
   */
public class Student {
    // Campuri (atribute) private (inaccesibile codurilor exterioare)
    private String nume;      // nume + prenume intr-un singur sir de caractere
    private String[] cursuri; // numele cursurilor intr-un tablou de siruri
    private int[] rezultate; // notele asociate cursurilor intr-un tablou de int
}

Reprezentarea UML a clasei si atributelor (nivel de acces private, notat cu “-”):

2.3.2. Adaugarea elementelor de comportament ale clasei (metodele/operatiile)

Pentru inceput ne vom concentra pe adaugarea metodelor necesare pentru accesul la proprietatile (atributele/campurile) care constituie structura clasei.

Pentru fiecare camp Java vom adauga o metoda de modificare a valorii lui, denumita setCamp(), si o metoda de obtinere a valorii lui, getCamp().

Reprezentarea UML a clasei, atributelor si metodelor (nivel de acces public, notat cu “+”):

Rezulta codul Java:

2.3.3. Adaugarea unei metode de test (metoda principala)

Pentru a putea testa codul clasei “Student” si lucrul cu obiectele este necesar sa adaugam o metoda principala (de test) in clasa “Student”. Scenariul de test va contine:

- crearea unui nou obiect de tip Student,

- initializarea campurilor noului obiect, prin intermediul metodelor de tip getCamp(),

- afisarea numelui, disciplinei de index 1 si a rezultatului asociat, folosind metodele setCamp().

Rezulta codul Java:

/**
   * Incapsuleaza informatiile despre un Student. Permite testarea locala.
   * @version 1.2
   */
public class Student {
    // Campuri (atribute) private (inaccesibile codurilor exterioare)
    private String nume;
    private String[] cursuri;
    private int[] rezultate;

// Metode (operatii) publice (accesibile tuturor codurilor exterioare)
    public void setNume(String n) {       nume = n; }
    public void setCursuri(String[] c) { cursuri = c; }
    public void setRezultate(int[] r) {   rezultate = r; }
    public String getNume() {             return (nume); }
    public String[] getCursuri() {        return (cursuri); }

public int[] getRezultate() { return (rezultate); }

    // Metoda de test. Punct de intrare in program.
    public static void main(String[] args) {
       // Crearea unui nou Student, fara informatii
       Student st1 = new Student();
       // Initializarea campurilor noului obiect
       st1.setNume("Xulescu Ygrec");
       String[] crs = {"CID", "AMP", "MN"};
       st1.setCursuri(crs);
       int[] rez = {8, 9, 10};
       st1.setRezultate(rez);
       // Utilizarea informatiilor privind Studentul
       System.out.println("Studentul " + st1.getNume() + " are nota "
         + st1.getRezultate()[1] + " la disciplina " + st1.getCursuri()[1]);
    }
}    // Rezultatul: Studentul Xulescu Ygrec are nota 9 la disciplina AMP

In laborator: Compilati si executati versiunea 1.2 a programului Student. In BlueJ:

1. Inchideti proiectele anterioare (cu Project si Close sau Ctrl+W).

2. Creati un nou proiect numit Student2 (cu Project, apoi New Project…, selectati C:/,

apoi BlueJ, apoi numarul grupei, apoi scrieti Student2).

3. Creati o noua clasa, numita Student, apasand New Class…

4. Double-click pe noua clasa (ii deschideti codul in editor), si inlocuiti codul cu cel de sus.

5. Compilati codul sursa cu click pe butonul Compile si executati metoda main() a noii clase (right-click pe clasa si selectare main()).

Reprezentarea UML actualizata a clasei, atributelor si metodelor:

2.3.4. O alternativa: metoda de test intr-o clasa separata (clasa de test)

O alternativa la versiunea anterioara este utilizarea unei clase distincte pentru testarea clasei “Student”, numita “TestStudent”, care sa contina doar o metoda principala pentru ilustrarea lucrului cu obiectele clasei “Student” (scenariul de test afisand disciplina de index 0 si rezultatul asociat).

/**
* Testeaza clasa Student version 1.1 and 1.2.

*/
public class TestStudent {

    // Metoda de test. Punct de intrare in program.
    public static void main(String[] args) {
       // Crearea unui nou Student, fara informatii
       Student st1 = new Student();
       // Initializarea campurilor noului obiect
       st1.setNume("Xulescu Ygrec");
       String[] crs = {"CID", "AMP", "MN"};
       st1.setCursuri(crs);
      int[] rez = {8, 9, 10};
       st1.setRezultate(rez);
       // Utilizarea informatiilor privind Studentul
       System.out.println("Studentul " + st1.getNume() + " are nota "
         + st1.getRezultate()[0] + " la disciplina " + st1.getCursuri()[0]);
    }
}    // Rezultatul: Studentul Xulescu Ygrec are nota 8 la disciplina CID

Optional, in laborator:

1. Tot in proiectul Student2, creati o noua clasa numita TestStudent

2. Double-click pe noua clasa (deschideti editorul) si inlocuiti codul cu cel de sus.

3. Compilati codul si executati metoda main() a noii clase (right-click pe clasa si selectare main()).

Desi clasa “Student” in versiunea 1.2 contine metoda main(), ea poate fi testata si folosind clasa “TestStudent”. Astfel, noua clasa poate testa atat versiunea 1.1 cat si versiunea 1.2 a clasei “Student”.

Reprezentarea UML a claselor (simplificata) si a asocierii intre clase (notata cu o sageata) este:

In BlueJ:

2.4. Teme pentru acasa (inclusive teme suplimentare)

Temele vor fi predate la lucrarea urmatoare, cate un exemplar pentru fiecare grup de 2 studenti, scrise de mana pe hartie, avand numele celor doi studenti scrise pe prima pagina sus.

Tema obligatorie: Codurile sursa ale unei clase create dupa modelul clasei “Student”, sectiunea 2.3, cu urmatoarea specificatie generala:

- clasa cu numele alocat din tabelul care urmeaza (numita generic X),

- va avea 4 campuri (atribute) cu acces private, considerate esentiale (de catre autor) pentru clasa respectiva,

- fiecare camp va avea cate doua metode cu acces public, una de tip get...() prin care va fi obtinuta valoarea campului, si una de tip set...(), prin care va fi stabilita valoarea campului,

- va exista o metoda principala,

- ca parte a clasei respective (X) – pentru un student dintr-un grup de doi,

- ca parte a unei clasei separate (TestX) – pentru celalalt student din grupul de doi,

- scenariul de test din metoda principala:

- va crea un nou obiect din clasa X,

- va initializa campurile noului obiect folosind metodele de tip set...(),

- va afisa valorile campurilor obiectului obtinute cu metodele de tip get...().

Fiecare grup de cate doi studenti (grupuri stabilite in timpul desfasurarii acestui laborator) va avea alocate doua nume de clasa asemanatoare, conform tabelului:

Nr. ordine grup	Numele claselor (pentru tema de casa)	Nr. ordine grup	Numele claselor (pentru tema de casa)
1	Monitor + Televizor	8	Magazin + MagazinOnline
2	Proiector + TablaInteractiva	9	Autocar + Microbuz
3	AparatFoto + CameraVideo	10	Scuter + Motocicleta
4	Sofer + Pilot	11	Blog + Ziar
5	Telefon + PDA	12	CDROM + CDAudio
6	PointerLaser + Lanterna	13	Messenger + Twitter
7	StickUSB + HardDiskExtern	14	ProjectManager + Proiectant

Membrii fiecarui grup vor stabili intre ei ce clasa alege fiecare pentru a realiza tema (un student va alege o clasa iar al doilea student cealalta clasa).

Deoarece clasele alocate unui grup sunt asemanatoare, membrii grupului vor alege 2 atribute comune celor doua clase si 2 atribute distincte pentru fiecare dintre clase.

Membrii unui grup vor colabora intre ei dupa cum doresc la realizarea temei, cu exceptia cazurilor clar stabilite (de exemplu mai sus se specifica: metoda principala este parte a clasei alese pentru un membru al grupului si parte a unei clase de test pentru celalalt membru).

Teme suplimentare, pentru bonus:

I. Codurile temei obligatorii rescrise pentru a lucra cu obiecte de tip ArrayList (sau ArrayList<E>)

II. Clasa Polinom2 rescrisa (sub numele Polinom) in stilul clasei Student, cu gradul, coeficientii, necunoscuta si valoarea polinomului (pentru valoarea necunoscutei) atribute (campuri) private, metode publice de tip get...() si set...(), etc., astfel incat metoda principala creeaza un obiect al clasei Polinom si apeleaza metodele publice pentru a da valori atributelor si pentru a obtine calculul polinomului.

Anexa. Instalarea kitului BlueJ

1. Se lanseaza

bluejsetup-303.exe (http://www.bluej.org/download/files/bluejsetup-303.exe)

2. Se confirma TOATE optiunile implicite!!

3. In final, se deselecteaza "View the README file" si se selecteaza "Launch BlueJ"

4. Se confirma versiunea Java cea mai avansata, de ex. C:\Program Files\Java\jdk1.5.0_12 si se apasa Launch BlueJ

5. Pentru testarea instalarii se selecteaza Project -> Open Project (sau direct Ctrl-O)

6. Se selecteaza pe rand C: apoi BlueJ apoi examples si in final shapes

(calea va fi C:\BlueJ\examples\shapes)

7. Se selecteaza cu Ctrl-A toate clasele si apoi se apasa Compile

(dreptunghiurile ar trebui sa devina clare din hasurate)

8. Cu buton dreapta pe Circle se selecteaza new Circle() si se urmareste efectul pe ecran.

Laborator 2

Introducere in programarea orientata spre obiecte (POO). Obiecte si clase. Incapsularea

2.1. Descrierea laboratorului

2.2. Obiecte si clase (Java)

2.2.1. Definitii

2.2.2. Crearea obiectelor

2.2.3. Apelul (invocarea) metodelor

2.2.4. Parametrii metodelor

2.2.5. Tipuri de date

2.2.6. Instante (obiecte) multiple

2.2.7. Starea unui obiect

2.2.8. Comportamentul unui obiect

2.2.9. Interactiunea (colaborarea) obiectelor

2.2.10. Codul sursa Java. Editarea si compilarea cu BlueJ

2.3. Studiu de caz: Clasa care incapsuleaza informatii despre un student

2.3.1. Constructia structurii statice a clasei (doar campurile/atributele)

2.3.2. Adaugarea elementelor de comportament ale clasei (metodele/operatiile)

2.3.3. Adaugarea unei metode de test (metoda principala)

2.3.4. O alternativa: metoda de test intr-o clasa separata (clasa de test)

2.4. Teme pentru acasa (inclusive teme suplimentare)

Anexa. Instalarea kitului BlueJ