Programmazione ad Oggetti

AA 2011– 2012

Contenuti del corso

• Modulo A Tecniche di programmazione

• Docente: Prof. Michele Bugliesi

• Modulo B Tecniche di progetto

• Docente: Prof. Alessandro Roncato

1. Introduzione: tipi di dato, oggetti, classi e metodi

2. Progetto e implementazione di classi

meccanismi di encapsulation

3. Interfacce ed ereditarietà

polimorfismo

4. Programmazione parametrica

strutture dati e classi collezione

5. Programmazione ad eventi

Contenuti del corso – Modulo A

1. Design patterns

2. Casi di studio di progettazione

3. Esemi di implementazione

Contenuti del corso – Modulo B

Libri di testo

• Java Concepts. Cay Horstmann. Wiley & Sons Disponibile anche in Italiano: Concetti di

Informatica e Fondamenti di Java APOGEO

• Applying UML and patterns. Craig Larman. Pearson Education. Disponibile anche in Italiano

Slides del corso

Disponibili on line http://www.dsi.unive.it/~po Utili per prendere appunti a lezione

NON sono un libro di testo NON sono sufficienti per preparare l’esame

Valutazione

• Esame scritto (50%) Copre l’intero programma (mod A + mod B)

• Progetto (30%) Individuale, in Java Dalla specifica funzionale all’implementazione

• Esercitazioni a casa (20%) Individuali

Il corso on-line

• Informazioni e news sulla pagina web

http://www.dsi.unive.it/~po

JavaTM

L’ambiente di programmazione

JavaTM

• Alto livello No puntatori, no gestione esplicita della

memoria (free/malloc)• Espressivo

Facilmente estendibile con nuovi tipi di dato, ricca collezione di tipi nelle librerie

• Portabile: bytecode eseguibile su JVM

• Robusto controllo dei tipi forte, analisi di sicurezza

JavaTM – nato per la rete

Versioni di JavaTM

Versione Anno Novità

1.0 1996 Prima versione

1.1 1997 Classi interne

1.2 1998 Swing e Collections

1.3 2000 Nuovo compilatore

1.4 2002 Asserzioni

1.5 2005 Generics, auto-boxing, for loops

1.6 2006 Aggiornamento delle Librerie

1.7 2011 Aggiornamenti Linguaggio, Librerie, VM

La piattaforma JavaTM

Compilazione ed Esecuzione

A.java A.class

BytecodeSorgente

Una vecchia conoscenza . . .

1: public class HelloWorld 2: { 3: public static void main(String[] args) 4: { 5: // Scrivi in output un saluto 6: 7: System.out.println("Hello, World!"); 8: } 9: }

Il cuore del programma

• Una chiamata di metodo

Compilazione ed esecuzione

• Compilazione javac HelloWorld.java

• Se ha successo crea il file HelloWorld.class

• Esecuzione java HelloWorld.class

• Output Hello World!

JVM – Java Virtual Machine

• Una macchina astratta: esegue codice intermedio (bytecode) specifica (istruzioni, registri, heap,…)

indipendente dall’architettura sottostante

• Indipendente dal sistema operativo

• Presente nei browser più diffusi

• Implementazioni specifiche per smart card, palmari, cellulari (KVM) …

Java Virtual Machine

• CLASS LOADERcarica in memoria tutte le classi necessarie al programma (anche quelle delle librerie usate)

• BYTECODE VERIFIER

Controlla l’integrità degli accessi in memoria, verifica l’aderenza alla specifica della JVM, …

• SECURITY MANAGER

verifica la sicurezza delle classi caricate a run time, controlla gli accessi ai file, …

JVM

Security Manager

Bytecode Verifier

Class Loader

Interpreter

JAVAIL LINGUAGGIO

Tipi e variabili• Ogni valore nel linguaggio ha un tipo

• Ogni variabile deve essere dichiarata ed associata ad un tipo:

• Il tipo determina quali sono le operazioni legali sui valori (e le variabili)

• Variabili di un tipo possono solo assumere valori di quel tipo

String greeting = "Hello, World!";PrintStream printer = System.out;int luckyNumber = 13;

Controllo dei tipi forte• Il compilatore controlla che il programma

rispetti strettamente tutte le regole controlla l’uso dei cast

• I programmi che superano i controlli del compilatore non causano errori nelle operazioni sui dati

Oggetti e classi

OGGETTI

• Le strutture dati complesse di un programma in C: structs, unions e arrays In Java: oggetti (arrays inclusi)

• Generalizzazione delle struct di C campi: struttura dell’ggetto metodi: operazioni sui campi

CLASSI Descrivono la struttura dei campi Definiscono l’implementazione dei metodi Sono i tipi degli oggetti

Oggetti e classi

• Ogni oggetto appartiene ad una classe.

• un oggetto di classe PrintStream

Due oggetti di tipo String

• Ogni oggetto ha una copia privata dei suoi campi

• Tutti gli oggetti di una classe condividono lo stesso codice dei metodi

campo campo

Oggetti di classe Rectangle

• Classe definita nella libreria java.awt

• Descrive la struttura di un rettangolo posizionato sul piano cartesiano

(x,y) = posizione origine: angolo in alto a sinistra

campi privati dell’oggetto

Costruttori

• Il costrutto new invoca il costruttore, per allocare nuovo oggetto di tipo Rectangle

Il nome del costruttore coincide con il nome della classe

Usa i parametri (5, 10, 20, e 30) per inizializzare i dati dell’oggetto

• Restituisce un riferimento all’oggetto

Rectangle box = new Rectangle(5, 10, 20, 30);

new Rectangle(5, 10, 20, 30)

Costruttori

• Una classe può fornire più di un costruttore

• Overloading

• Diverse modalità di creazione di oggetti

Rectangle box2 = new Rectangle() // costruisce un rettangolo con origine (0,0) // larghezza 0, e altezza zero 0

Rectangle box1 = new Rectangle(5, 10, 20, 30)

Sintassi: new

• Costruisce un nuovo oggetto, inizializza lo stato con i parametri, e restituisce un riferimento all’oggetto costruito.

new ClassName(parameters)

Esempi: new Rectangle(5, 10, 20, 30) new Rectangle()

Metodi• Realizzano le operazioni supportate dagli

oggetti

• Definiti dalla classe Classe definisce l’implementazione Descrive la firma visibile all’esterno

• Invocazione Deve indicare l’oggetto “target”

Continua… oggetto.metodo(argomenti)

Metodi della classe PrintStream

Metodi della classe String

• toUpperCase: crea un altro oggetto di tipo String che contiene i caratteri della stringa originaria, ma convertiti in maiuscolo

Continua…

String fiume = "Mississippi"; String fiumeInUpperCase = fiume.toUpperCase(); // fiumeInUpperCase = "MISSISSIPPI"

Metodi della classe String

• length(): conta il numero di caratteri della stringa

String greeting = new String("Hello, World!“);

int n = greeting.length(); // n = 13

(new String(“pippo”)).toUpperCase()

Oggetto Metodo

Oggetto Metodo

Domande

• Quale è la sequenza di istruzioni per calcolare la lunghezza della stringa “Arcobaleno”?

• Quale è la sequenza di istruzioni per stampare la versione uppercase della stringa "Hello, World!"?

• È legale la seguente sequenza di istruzioni?

Perché o perché no?

String fiume = "Mississippi"; fiume.println();

Risposte

•

•

• Non è legale: la variabile fiume ha tipo String e la classe String non definisce il metodo println()

new String(“Arcobaleno“).length()

System.out.println(“Hello World”.toUpperCase());

Controllo di tipi forte

• La classe di un oggetto definisce quali metodi si possono invocare sugli oggetti della classe

• Il compilatore controlla che le invocazioni rispettino la dichiarazione della classe

System.out.length(); // ERRORE DI TIPO (COMPILE-TIME)

Controllo di tipi forte

• La classe di un oggetto definisce quali metodi si possono invocare sugli oggetti della classe

• I metodi di un oggetto sono l’unico modo per agire sui campi dell’oggetto

Rectangle box = new Rectangle(5,10,20,20).

System.out.println(box.width); // ERRORE DI TIPO

Metodi della classe Rectangle

• getWidth(): restituisce il valore che corrisponde alla base del rettangolo

Continua…

Rectangle box = new Rectangle(5,10,20,20).

System.out.println(box.width); // ERRORE DI TIPO

System.out.println(box.getWidth()); // OK

Metodi della classe Rectangle

• Translate(): modifica l’oggetto su cui viene invocato, traslando di x a destra, e di y verso il basso

• Mutators: metodi con side effects per modificare i valori dei campi

Continua…

box.translate(x, y);

Metodi e side-effects

box.translate(15, 25);

Oggetti e riferimenti

• Un riferimento è una astrazione del puntatore ad un oggetto

• La creazione di un oggetto con new restituice un riferimento al nuovo oggetto

• Diverse variabili di tipo oggetto possono condividere lo stesso riferimento

Rectangle box = new Rectangle(5, 10, 20, 30);Rectangle box2 = box;

Rectangle box = new Rectangle();

Continua…

Assegnamento

• Il comportamento dell’operazione di assegnamento varia a seconda del tipo della variabile (e quindi del valore) coinvolto.

• L’assegnamento su variabili di tipo primitivo ha un effetto diverso dall’assegnamento su variabili di tipo oggetto

Variabili di tipo primitivo

Contengono valori del loro tipo

Variabili di tipo oggetto

Contengono riferimenti ad oggetti, non oggetti

Assegnamento su tipi primitivi• int luckyNumber = 13;

int luckyNumber2 = luckyNumber;luckyNumber2 = 12;

Due variabili, due valori distinti

Assegnamento su tipi oggetto• Rectangle box = new Rectangle(5, 10, 20, 30);

Rectangle box2 = box;box2.translate(15, 25);

Continua…Due variabili, stesso riferimento

Programmi e classi applicazione

Un programma è costituito da più classi

• Classe applicazione: contiene il main al più una classe applicazione in un

programma

• Il main avvia la computazione costruisce uno o più oggetti delle del

programma Invoca i metodi su tali oggetti Stampa i risultati

File RectangleApp.java 01: import java.awt.Rectangle; 02: 03: public class RectangleApp04: {05: public static void main(String[] args)06: {07: Rectangle box = new Rectangle(5, 10, 20, 30);08: 09: // Sposta il rettangolo10: box.translate(15, 25);11: 12: // Stampa nuove info13: System.out.println(“Origine dopo la traslazione:”); 14: System.out.println(box.getX()); 15: System.out.println(box.getY()); 16: }17: }

Classi di libreria

• Sempre includere le classi di libreria utilizzate dall’applicazione

classi delle librerie raggruppate in packages

Importiamo le classi specificando i nomi di package e di classe

Le classi del package java.lang (ad esempio String e System)sono importate automaticamente

import java.awt.Rectangle;

Import in Java ~ #include in C

 import packageName.ClassName;

Esempio: import java.awt.Rectangle; // importa la classe Rectangle

 import packageName.*;

Esempio: import java.util.*; // importa tutte le classi del package

Classi di libreria

Librerie – Documentazione

• API: Application Programming Interface

• Include la descrizione delle classi e dei relativi metodi della (fornitissima!) libreria Java

• http://java.sun.com/j2se/1.5/docs/api/index.html

• http://java.sun.com/j2se/1.6/docs/api/index.html

Documentazione sulle API

La API della classe Rectangle

Javadoc Method Summary

Documentazione del metodo translate

Domande

• Quali sono gli errori nei seguenti frammenti di codice?• Rectangle r = (5,10,15,20)• Double w = Rectangle().getwidth();• Rectangle r; r.translate(5,10);

Risposte

• Manca il costruttore• Manca new • r non è inizializzato

Esempio: Tombola!

• Vogliamo progettare una applicazione che realizza il gioco della tombola

• Versione semplificata: un banco, un giocatore, ogni giocatore una scheda

• Ci vengono già fornite le classi necessarie Banco Giocatore

Banco

• Costruttore: Banco()

crea una nuova istanza della classe

• Metodi: int estraiNumero()

restituisce un numero nell’intervallo [1..90]

(ad ogni chiamata genera un numero diverso)

Giocatore

• Costruttore Giocatore(String nome)

crea un giocatore, con il nome indicato ed una sola scheda

• Metodi: void controllaNumero(int x)

controlla se il numero è contenuto nella sua scheda; se si lo “marca”

Giocatore

• Metodi: boolean tombola()

restituisce true quando tutti i numeri della sua scheda sono “marcati”

Integer[] verifica() restituisce un array che contiene i numeri della sua scheda

Integer è un tipo reference isomorfo al tipo int

Tombola

• La classe applicazione che realizza il gioco: crea un banco ed un giocatore esegue un ciclo in cui ad ogni iterazione in

banco estrae un numero, il giocatore lo controlla e controlla se ha completato la sua scheda

il ciclo termina non appena il giocatore completa la sua scheda

All’uscita dal ciclo stampa i numeri della scheda del giocatore

Tombolapublic class Tombola{ public static void main(String[] args) { Banco b = new Banco(); Giocatore g = new Giocatore(“Mario”);

while (true) { int x = b.estraiNumero(); System.out.println(“Numero estratto = ” + x); g.controllaNumero(x); if (g.tombola()) break;}

Integer[] scheda = g.verifica();for (int i = 0; i < scheda.length; i++) System.out.println(scheda[i])

}}

NOTE

• Nessuna informazione data sulla struttura interna degli oggetti in gioco

• Conosciamo i metodi che essi forniscono notare bene: conosciamo la specifica dei

metodi, non come sono implementati

• E’ tutto quello che serve per programmare l’applicazione

• La chiave del concetto di encapsulation

Oggetti / Encapsulation

• Oggetti esportano la specifica dei propri metodi

• interfaccia pubblica che definisce l’interazione

tra oggetti e codice “cliente”

mascherano la propria struttura interna (i campi) e l’implementazione dei metodi

• Codice cliente indipendente dall’implementazione degli

oggetti

Esercizio

• Create una versione della tombola in cui possono giocare più giocatori Il gioco termina non appena uno dei giocatori

completa la sua scheda

Metodi e argomenti

• Argomenti = dati in input per i metodi

• Non tutti i metodi hanno argomenti

• Tutti i metodi hanno un argomento implicito: l’oggetto su cui il metodo viene invocato

Continua…

box.translate(10,15) box.getwidth() // no parametri espliciti

box.getwidth();

Elementi diprogrammazione grafica

• Introduzione alle applicazione grafiche contesto grafici forme geometriche elementari colori “input dialogs” per ottenere input dall’utente

• Frames e applets

Frames• La classe JFrame

• import javax.swing.*;

JFrame frame = new JFrame();frame.setSize(300, 400);frame.setTitle(“An Empty Frame");frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);frame.setVisible(true);

Frames

File EmptyFrameViewer.java01: import javax.swing.*;02: 03: class EmptyFrameViewer04: {05: public static void main(String[] args)06: {07: JFrame frame = new JFrame();08: 09: final int FRAME_WIDTH = 300;10: final int FRAME_HEIGHT = 400;11: 12: frame.setSize(FRAME_WIDTH, FRAME_HEIGHT);13: frame.setTitle(“Un frame vuoto");14: frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);15: 16: frame.setVisible(true);17: }18: }

Domande

1. Come dobbiamo modificare EmptyFrameViewer per ottenere un frame quadrato con titolo "Hello, World!"?

2. Come scriviamo un programma che lancia due frames?

Risposte

1. Modifca EmptyFrameViewer come segue:

2. Costruisci due oggetti JFrame definendone la dimensione e poi invoca setVisible(true) su ciascuno

frame.setSize(300, 300);frame.setTitle("Hello, World!");

Disegno di forme geometriche• JComponent

La classe che definisce contenitori generici, al cui interno includiamo forme geometriche

• Possiamo definire nuovi JComponent

class ShapeComponent extends JComponent{ . . .}

Disegno di forme geometriche• paintComponent

metodo che produce il disegno invocato (automaticamente) tutte le volte che

il componente per il quale è definito viene ridisegnato

Disegno di forme geometriche• paintComponent(Graphics g)

g contesto grafico Graphics classe che permette di manipolare

lo stato del contesto grafico

class ShapeComponent extends JComponent{ public void paintComponent(Graphics g) { // Converti in Graphics2D Graphics2D g2 = (Graphics2D) g; . . . }}

Disegno di forme geometriche

• Graphics2D estende Graphics con metodi per il rendering in due dimensioni

• Ad esempio:

• package java.awt

// g2: Graphics

Rectangle rect = new Rectangle(5, 10, 20, 30);g2.draw(rect);

File ShapeComponent.java

01: import java.awt.Graphics;02: import java.awt.Graphics2D;03: import java.awt.Rectangle;04: import javax.swing.JPanel;05: import javax.swing.JComponent;06: 07: /**08: Un Component che disegna due rettangoli.09: */10: class ShapeComponent extends JComponent11: { 12: public void paintComponent(Graphics g)13: { 14: // Ottieni un graphics2D15: Graphics2D g2 = (Graphics2D) g;16:

Continua…

File ShapeComponent.java

17: // Costruisci un rettangolo e disegna18: Rectangle r = new Rectangle(5, 10, 20, 30);19: g2.draw(r);20: 21: // Trasla il rettangolo (15 a dx, 25 in basso) 22: r.translate(15, 25);23: 24: // Disegna il rettangolo traslato25: g2.draw(r);26: }27: }

Applicazioni

• ShapeViewer classe che lancia una finestra all’interno della

quale vengono raffigurate Ie componenti L’applicazione è costruita interamente

all’interno del metodo main della classe Disegna due rettangoli

Continua…

Applicazione ShapeViewer

Il metodo main

1. Costruisci il frame

2. Costruisci un oggetto della classe component

3. Aggiunti il component al frame

La chiamata è leggermente più complicata per versioni di Java precedenti alla 5:

4. Rendi visibile il frame

ShapeComponent component = new ShapeComponent();

frame.add(component);

frame.getContentPane().add(component);

File ShapeViewer.java

01: import javax.swing.JFrame;02: 03: class ShapeViewer04: {05: public static void main(String[] args)06: {07: JFrame frame = new JFrame();08: 09: final int FRAME_WIDTH = 300;10: final int FRAME_HEIGHT = 400;11: 12: frame.setSize(FRAME_WIDTH, FRAME_HEIGHT);13: frame.setTitle(“Two Rectangles");14: frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);15:

Continua…

File ShapeViewer.java

16: ShapeComponent component = new ShapeComponent();17: frame.add(component);18: 19: frame.setVisible(true);20: }21: }

Domanda

3. Che succede se sostituiamo la chiamata g2.draw(box)con g.draw(box) ?

Risposta

3. Il compilatore segnala un errore

g : Graphics non ha un metodo draw

Applets

• Applets sono applicazioni eseguite all’interno di un browser

• L’implementazione di una Applet utilizza il pattern seguente:

public class MyApplet extends JApplet{ public void paint(Graphics g) { // Ottieni un contesto grafico Graphics2D g2 = (Graphics2D) g; // Istruzioni per il disegno . . . }}

Applets

• Struttura molto simile a quella di un JComponent, con due differenze:

1. Estende JApplet, invece di JComponent

2. codice del disegno incluso nel metodo paint, invece che nel metodo paintComponent

File ShapeApplet.java

01: import java.awt.Graphics;02: import java.awt.Graphics2D;03: import java.awt.Rectangle;04: import javax.swing.JApplet;05: 06: /**07: Un applet che disegna due rettangoli.08: */09: public class ShapeApplet extends JApplet10: { 11: public void paint(Graphics g)12: { 13: // Ottieni un contesto grafico14: Graphics2D g2 = (Graphics2D) g;

Continua…

File ShapeApplet.java

17: // Costruisci un rettangolo e disegna18: Rectangle r = new Rectangle(5, 10, 20, 30);19: g2.draw(r);20: 21: // Trasla il rettangolo (15 a dx, 25 in basso) 22: r.translate(15, 25);23: 24: // Disegna il rettangolo traslato25: g2.draw(r);26: }27: }

Applets

• Esecuzione creare un file HTML ed inserire il codice che

lancia l’applet mediante la tag applet Un file HTML può contenere diverse applets,

ciascuno delle quali introdotta da una corrispondente tag (di tipo applet)

• Una applet può essere lanciata mediante l’appletviewer, o all’interno di un browser

appletviewer RectangleApplet.html

File RectangleApplet.html

<html> <head> <title>Due rettangoli</title> </head> <body> <p>Here’s my first applet:</p> <applet code="RectangleApplet.class" width="300" height="400"> </applet> </body></html>

Applets

Forme Geometriche

• Rectangle, Ellipse2D.Double, Line2D.Double (package java.awt.geom)

• Alcune classi, e.g. Line2D.Double, sono interne. Per il momento ignoriamo, ma notiamo la dichiarazione import

• Per ottenere una forma dobbiamo costruirla e disegnarla

Ellipse2D.Double e = new Ellipse2D.Double(x, y, width, height);g2.draw(e);

import java.awt.geom.Ellipse2D; // no .Double

Una ellisse e la sua bounding box

Linee• Due modi per disegnare una linea:

oppure,

Line2D.Double segmento = new Line2D.Double(x1, y1, x2, y2);

Point2D.Double from = new Point2D.Double(x1, y1);Point2D.Double to = new Point2D.Double(x2, y2);Line2D.Double segmento = new Line2D.Double(from, to);

Stringhe

g2.drawString("Message", 50, 100);

Basepoint

Domande

4. Quale è la sequenza di istruzioni per disegnare un cerchio con centro (100, 100) e raggio 25?

5. Quale è una usequenza di istruzioni per disegnare la lettera "V" all’origine (0,0) componendo due segmenti di linea?

6. Quale è la sequenza di istruzioni per disegnare la stringa costituita dalla lettera "V" ?

Risposte

4. 5.

6.

Line2D.Double segm1 = new Line2D.Double(0, 0, 10, 30);g2.draw(segm1);Line2D.Double segm2 = new Line2D.Double(10, 30, 20, 0);g2.draw(segm2);

g2.draw(new Ellipse2D.Double(75, 75, 50, 50);

g2.drawString("V", 0, 30);

Colori

• Colori standard Color.BLUE, Color.RED, …

• Nuovi colori: formato rgb settando i valori delle componenti red, green, blue tra 0.0F e 1.0F

• setColor setta il colore del Graphic Contexts

• Usa il colore con i metodi draw e fill

g2.setColor(magenta);

g2.fill(rectangle); // riempito con il colore corrente

Color magenta = new Color(1.0F,0.0F,1.0F), // F = float

Domanda

7. Quale è la sequenza di istruzioni per disegnare un quadrato giallo su uno sfondo rosso?

Risposta

7. Disegna un quadrato giallo all’interno di un quadrato rosso:

g2.setColor(Color.RED);g2.fill(new Rectangle(0, 0, 200, 200));g2.setColor(Color.YELLOW);g2.fill(new Rectangle(50, 50, 100, 100));