3.2 Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός με το BlueJ

Μαθησιακοί στόχοι

Σε αυτήν την ενότητα θα:

δούμε τι είναι το BlueJ και πώς να το εγκαταστήσουμε
μάθουμε για τους διάφορους τύπους κλάσεων που παρέχει η Java και πώς να τους δημιουργήσουμε στο BlueJ

Το BlueJ είναι ένα Ολοκληρωμένο Περιβάλλον Εργασίας (ΟΠΕ) (IDE - Integrated Development Environment) για αρχάριους προγραμματιστές που δημιουργήθηκε από το πανεπιστήμιο του Kent.

Εγκατάσταση του BlueJ

Κατεβάστε το BlueJ για την πλατφόρμα σας από εδώ και εγκαταστήστε το ακολουθώντας τον οδηγό εγκατάστασης. Η έκδοση που χρησιμοποιούμε σε αυτό το μάθημα είναι η 5.5.0. Η δική σας έκδοση μπορεί να είναι νεώτερη.

Εγγραφές (records)

Η πιο απλή μορφή αναπαράστασης κλάσεων είναι η εγγραφή (record).

Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να φτιάξουμε ένα πρόγραμμα ζωγραφικής στο οποίο ο χρήστης θα μπορεί να σχεδιάζει πάνω σε έναν καμβά, κάτι π.χ. σαν το πρόγραμμα ζωγραφικής των Windows. Θέλουμε να μοντελοποιήσουμε το σημείο. Ένα σημείο ορίζεται στο δισδιάστατο επίπεδο με δυο συντεταγμένες x και y. Ας δούμε πώς μπορούμε να γράψουμε τον τύπο δεδομένων Σημείο στην Java.

Εκκινήστε το BlueJ, π.χ. κάνοντας διπλό κλικ πάνω του.

Δημιουργήστε ένα νέο έργο από το μενού Project -> New Project και δώστε του το όνομα Shapes.
Κλικ στο κουμπί New Class…. Παρατηρούμε ότι το BlueJ υποστηρίζει τους τύπους ‘Class’(Κλάση), ‘Interface’ (Διεπαφή), ‘Unit Test’ (Έλεγχος Τμήματος Κώδικα, θα μάθουμε σε επόμενο μάθημα πώς να τεστάρουμε τις κλάσεις μας), ‘Enum’ (Απαριθμημένος Τύπος), ‘Record’ (Εγγραφή) και ‘JavaFX Class’ για την οποία δεν θα ασχοληθούμε σε αυτό το μάθημα.

Εικόνα 3.2.1 Παράθυρο δημιουργίας νέας κλάσης στο BlueJ

Επιλέξτε Record, δώστε το όνομα Point και πατήστε OK. Δημιουργήθηκε ένα παραλληλόγραμμο με το όνομα Point. Αυτό είναι το σύμβολο της κλάσης. Οι εγγραφές (records) είναι κι αυτές κλάσεις, ή πιο σωστά, συντομογραφίες κλάσεων, που μας επιτρέπουν να ορίζουμε κλάσεις γράφοντας όσο το δυνατόν λιγότερο κώδικα.

Εικόνα 3.2.2 Κλάση Point στο BlueJ

Πατήστε διπλό κλικ πάνω στην Point για να ανοίξει ο κειμενογράφος ή διορθωτής του BlueJ.
Σβήστε τα κίτρινα μπλοκ κώδικα που έχει δημιουργήσει το BlueJ. Ο κώδικας σας θα πρέπει να μοιάζει με τον παρακάτω:

/**
 * A 2D Point.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param x The x coordinate
 * @param y The y coordinate
 */
public record Point(int x, int y)
{
}

Ό,τι βλέπετε μεταξύ /** και */ είναι σχόλια και δεν λαμβάνονται υπόψιν από τον μεταγλωττιστή της γλώσσας. Τα x, y είναι τα γνωρίσματα της κλάσης.

Το παραπάνω είναι το “καλούπι” ενός σημείου. Από αυτό μπορούμε να δημιουργήσουμε όσα σημεία, δηλ. αντικείμενα της Point, θέλουμε, ως εξής:

Κλείστε ή ελαχιστοποιήστε το παράθυρο του κειμενογράφου.
Στο παράθυρο project του BlueJ, κάντε δεξί κλικ πάνω στην κλάση Point και επιλέξτε Compile (μεταγλώττισε). Θα δείτε το ορθογώνιο παραλληλόγραμμο της κλάσης να αλλάζει (δεν υπάρχουν οι διαγραμμίσεις) και στην μπάρα κατάστασης στο κάτω μέρος βλέπετε το μήνυμα: Compiling…Done. Πλέον ο μεταγλωττιστής της Java έχει μεταγλωττίσει τον πηγαίο κώδικα που γράψατε σε ενδιάμεση γλώσσα που μπορεί να εκτελέσει η εικονική μηχανή της Java (Java Virtual Machine).
Κάντε πάλι δεξί κλικ πάνω στην κλάση Point και επιλέξτε new Point(int, int). Στο διαλογικό παράθυρο που εμφανίζεται δώστε δυο ακέραιες τιμές για τις συντεταγμένες x, y, π.χ. 0, 0 και ένα όνομα για το αντικείμενο που θα δημιουργηθεί, π.χ. point1 και πατήστε ΟΚ. Θα δείτε να εμφανίζεται ένα κόκκινο ορθογώνιο παραλληλόγραμμο point1: Point που δηλώνει ότι δημιουργήθηκε ένα νέο αντικείμενο point1 το οποίο είναι τύπου Point.

Εικόνα 3.2.3 Δημιουργία ενός νέου αντικειμένου από την κλάση Point στο BlueJ

Κάντε δεξί κλικ στο αντικείμενο και επιλέξτε τις εντολές String toString(), int x(), int y() και δείτε τα αποτελέσματα.

Δημιουργήσαμε ένα νέο αντικείμενο της κλάσης Point καλώντας μια ειδική μέθοδο, την new Point(int, int), η οποία ονομάζεται μέθοδος κατασκευής (constructor). Αυτή κλήθηκε ως new Point(0, 0) (ή ότι άλλες τιμές δώσατε για τα x, y). Οι String toString(), int x(), int y() ονομάζονται μέθοδοι και συνιστούν την συμπεριφορά του αντικειμένου. Αν και δεν φαίνονται στον κώδικα της εγγραφής που ορίσαμε, υπάρχουν από σύμβαση. Π.χ. κάθε εγγραφή διαθέτει κάποιες εξ’ ορισμού μεθόδους που κληρονομεί από την κλάση Object, κι αυτές είναι: η String toString() που εμφανίζει την κατάσταση του αντικειμένου σε μορφή φιλική στο χρήστη, τις boolean equals(Object) και int hashCode() που συγκρίνουν δυο αντικείμενα, και τις int x(), int y() που είναι μέθοδοι πρόσβασης στα γνωρίσματα του αντικειμένου. Όπως μάθαμε στο προηγούμενο μάθημα, λόγω της ενθυλάκωσης δεν μπορούμε να προσπελάσουμε απευθείας τις τιμές των γνωρισμάτων x, y αλλά γι’ αυτό το σκοπό χρησιμοποιούμε τις αντίστοιχες μεθόδους πρόσβασης (ή getters).

Μπορείτε να δημιουργήσετε όσα αντικείμενα θέλετε. Δημιουργήστε ένα ακόμα αντικείμενο point2 με συντεταγμένες x=5, y=10.

Πώς θα μπορούσαμε να ορίσουμε μια ευθεία γραμμή; Μια ευθεία γραμμή αποτελείται από δυο σημεία.

Δημιουργήστε μια νέα κλάση Line όπως μάθατε προηγουμένως (μην ξεχάσετε να τη μεταγλωττίσετε):

/**
 * A 2D Line.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param p1 The first point of the line
 * @param p2 The second point of the line
 */
public record Line(Point p1, Point p2)
{
}

Δημιουργείστε μια νέα γραμμή (ένα αντικείμενο τύπου Line) δίνοντάς της τα δυο σημεία point1, point2 που δημιουργήσαμε προηγουμένως (κάθε φορά που κάνετε Compile θα πρέπει να ξαναδημιουργήσετε τα αντικείμενα).

Εικόνα 3.2.4 Δημιουργία ενός νέου αντικειμένου τύπου Line στο BlueJ

Παρατηρήσατε ότι δημιουργήθηκε ένα βέλος εστιγμένης γραμμής μεταξύ των δυο κλάσων. Αυτό το βέλος είναι μια συσχέτιση (association) μεταξύ δυο κλάσεων. Υπάρχουν δίαφορες συσχετίσεις μεταξύ κλάσεων, όπως θα δούμε. Η συγκεκριμένη συσχέτιση ονομάζεται εξάρτηση (dependency) και δηλώνει ότι η κλάση Line εξαρτάται από την κλάση Point κι αυτό διότι η Line χρησιμοποιεί την κλάση Point.

Παρόμοια μπορούμε να δημιουργήσουμε και τις εγγραφές Circle, Rectangle:

/**
 * A Circle.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param center The center point of the circle
 * @param radius The circle's radius
 */
public record Circle(Point center, int radius)
{
}

/**
 * A 2D Rectangle.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param upperLeft The upper left point of the rectangle
 * @param lowerRight The lower right point of the rectangle
 */
public record Rectangle(Point upperLeft, Point lowerRight)
{
}

Ένας κύκλος ορίζεται από το κέντρο και την ακτίνα του. Ένα ορθογώνιο παραλληλόγραμμο ορίζεται από δυο σημεία, το πάνω αριστερό και το κάτω δεξί.

Εικόνα 3.2.5 Διάγραμμα κλάσεων γεωμετρικών σχημάτων στο BlueJ

Μέσα στα άγκιστρα μπορούμε να ορίσουμε και δικές μας μεθόδους, π.χ. ορίστε μια μέθοδο που μας επιστρέφει την περιφέρεια του κύκλου στην κλάση Circle:

/**
 * A Circle.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.2
 * @param center The center point of the circle
 * @param radius The circle's radius
 */
public record Circle(Point center, int radius)
{
    double circumference() {
        return 2*Math.PI*radius;
    }
}

Η Math.PI αντιστοιχεί στην τιμή του π = 3.14.

Δημιουργήστε ένα νέο αντικείμενο circle1 και υπολογίστε την περιφέρειά του:

Εικόνα 3.2.6 Υπολογισμός περιφέρειας κύκλου στο BlueJ

Σαν άσκηση τροποποιήστε την εγγραφή Rectangle προσθέτοντάς της μια μέθοδο που να υπολογίζει το εμβαδό του ορθογώνιου παραλληλογράμμου.

Έστω ότι θέλουμε να δημιουργήσουμε μια μέθοδο που να μπορεί να αλλάζει την τιμή της ακτίνας του κύκλου αφού ένα αντικείμενο κύκλου έχει δημιουργηθεί:

Εικόνα 3.2.7 Προσθήκη setter μεθόδου στην κλάση Circle

Προς έκπληξή μας δεν μας αφήνει (μας λέει ότι η radius είναι final, δηλ. σταθερά). Ο τύπος εγγραφή (record) είναι μια αμετάβλητη κλάση (immutable class), δηλ. δεν επιτρέπει ν’ αλλάξουν οι τιμές των γνωρισμάτων της μετά τη δημιουργία των αντικειμένων της. Θα πρέπει να δημιουργήσετε έναν νέο αντικείμενο με τις νέες τιμές, σε ένα υπάρχον αντικείμενο δεν μπορούν να αλλάξουν οι αρχικές τιμές.

Επίσης, όπως είδαμε, αντικείμενα άλλων κλάσεων ή εγγραφών δεν μπορούν να προσπελάσουν τα γνωρίσματα άλλων εγγραφών καθώς αυτά είναι private. Π.χ. ένα αντικείμενο τύπου Circle δεν μπορεί να προσπελάσει την τιμή του γνωρίσματος x ενός αντικειμένου τύπου Point. Θα πρέπει να το προσπελάσει μόνο μέσω της αντίστοιχης μεθόδου x(). Τα γνωρίσματα μιας εγγραφής είναι προσπελάσιμα από τις μεθόδους της εγγραφής, όχι όμως και εξωτερικά από την εγγραφή. Μια μέθοδος της ίδιας κλάσης μπορεί να προσπελάσει τα γνωρίσματα της κλάσης, όπως είδαμε με τη μέθοδο circumference() η οποία μπορεί να προσπελάσει την τιμή του γνωρίσματος radius (δηλ. δεν χρειάζεται να καλέσει την μέθοδο radius() αν και θα μπορούσε να το κάνει κι αυτό).

Αυτό το γνώρισμα του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού λέγεται ενθυλάκωση (encapsulation), όπως θα δούμε σε επόμενο μάθημα, και διαφέρει σε σχέση με τον διαδικαστικό προγραμματισμό, όπου μεταβλητές και μέθοδοι είναι ανεξάρτητες. Στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό, οι μεταβλητές ανήκουν σε μια κλάση και μόνο αντικείμενα αυτής της κλάσης έχουν πρόσβαση στις μεταβλητές.

Κλάσεις (Class)

Η εγγραφή (record) εισήχθηκε στην Java από την έκδοση 14 και μετά. Από την αρχή της δημιουργίας της, η γλώσσα υποστηρίζει τις κλάσεις. Τα πάντα είναι κλάσεις στη Java. Ας δούμε πώς θα γράφαμε την εγγραφή Point στις εκδόσεις της Java πριν την 14.

Δημιουργήστε ένα νέο έργο και ονομάστε το Shapes-classes.
Δημιουργήστε μια νέα κλάση Point αλλά αυτή τη φορά αφήστε τον τύπο Class.
Επικολλήστε τον παρακάτω κώδικα:

/**
 * A 2D Point.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param x The x coordinate
 * @param y The y coordinate
 */
public class Point {
    private final int x, y;

    public Point() {
	    x=0;
	    y=0;
    }

    public Point(int x, int y) {
	    this.x = x;
	    this.y = y;
    }
	
    public int getX() {
	    return x;
    }
	
    public int getY() {
	    return y;
    }
    
    public String toString() {
        return "Point[" + "x=" + x + ", y=" + y + "]";
    }      
}

Όπως βλέπετε, η εγγραφή (record) μας γλυτώνει από πολύ πληκτρολόγηση! Κατ’ αρχήν βλέπουμε πώς ορίζονται τα γνωρίσματα μέσα σε μια κλάση. Τα γνωρίσματα x, y ορίζονται ως private final. Όπως έχουμε μάθει, η δεσμευμένη λέξη final δηλώνει ότι πρόκειται για σταθερές, δηλ. ότι η τιμή τους δεν μπορεί ν’ αλλάξει. Η δεσμευμένη λέξη private είναι η αντίθετη της public. Το public δηλώνει ότι το γνώρισμα είναι προσβάσιμο από οποιαδήποτε άλλη κλάση και από την Εικονική Μηχανή της Java (ΕΜ ή JVM). Το private δηλώνει ότι είναι προσβάσιμο μόνο από αντικείμενα της ίδιας κλάσης.

Οι μέθοδοι getX() και getY() είναι ίδιες με τις x() και y() της εγγραφής. Απλά παλαιότερα, η σύμβαση ήταν ότι μέθοδοι προσπέλασης των γνωρισμάτων θα πρέπει να ονομάζονται ως getXXX() όπου xxx το γνώρισμα που προσπελάζουν. Παρατηρούμε ότι αυτές οι μέθοδοι είναι public.

Αλλά τι είναι οι Point() και Point(int x, int y); Καλά το μαντέψατε! Είναι οι μέθοδοι κατασκευής (constructors). Καλούνται όταν καλείται η new. Παρατηρήστε πώς διαφέρουν από τις κανονικές μεθόδους επειδή έχουν το ίδιο όνομα με το όνομα της κλάσης και δεν έχουν τύπο επιστροφής. Η πρώτη μέθοδος κατασκευής καλείται όταν δημιουργείτε ένα στιγμιότυπο (instance) ή αντικείμενο (object) της κλάσης Point χωρίς να περάσετε ορίσματα, οπότε οι τιμές των γνωρισμάτων είναι εξ’ ορισμού x=0, y=0.

Οι σταθερές x, y μπορούν να αρχικοποιούνται είτε κατά τη δήλωσή τους είτε μέσα στις μεθόδους κατασκευής.

Αλλά τι είναι αυτό το this; Το this αναφέρεται στο αντικείμενο που δημιουργείται από την κλάση. Επειδή δεν γνωρίζουμε πώς θα το ονομάσει ο προγραμματιστής, μέσα στην κλάση αναφερόμαστε σ’ αυτό με τη δεσμευμένη λέξη this. Π.χ. για το παράδειγμα της Point το this μπορεί να αναφέρεται στο point1 ή στο point2, δηλ. σε οποιοδήποτε αντικείμενο της κλάσης. Οπότε this.x σημαίνει το γνώρισμα x του αντικειμένου. Αλλά γιατί δεν αναφερόμαστε στο γνώρισμα απλά και μόνο με το όνομά του;

Ας δούμε λίγο καλύτερα το σώμα του δεύτερου κατασκευαστή:

	public Point(int x, int y) {
		this.x = x;
		this.y = y;
	}

Αν γράφαμε:

	public Point(int x, int y) {
		x = x;
		y = y;
	}

τότε ο μεταγλωττιστής δεν μπορεί να καταλάβει αν αναφερόμαστε στο γνώρισμα x ή στην παράμετρο x. Μάλιστα αυτό είναι ένα πολύ κοινό λάθος που γίνεται από τους προγραμματιστές κι ενώ νομίζουν ότι έχουν αλλάξει την τιμή του γνωρίσματος στην ουσία εκχωρούν στην παράμετρο x την τιμή του εαυτού της.

Ας το δούμε στην πράξη.

/**
 * A 2D Point.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param x The x coordinate
 * @param y The y coordinate
 */
public class Point {
    private final int x, y;

    public Point() {
	    x=0;
	    y=0;
    }

    public Point(int x, int y) {
	    x = x;
	    y = y;
    }
	
    public int getX() {
	    return x;
    }
	
    public int getY() {
	    return y;
    }
    
    public String toString() {
        return "Point[" + "x=" + x + ", y=" + y + "]";
    }      
}

Εικόνα 3.2.8 Λάθος μεταγλώττισης λόγω μη αρχικοποίησης σταθερών γνωρισμάτων

Στο συγκεκριμένο παράδειγμα ο μεταγλωττιστής μας προειδοποιεί ότι τα γνωρίσματα x και y δεν έχουν αρχικοποιηθεί επειδή είναι final και θα ‘πρεπε να αρχικοποιηθούν στον κατασκευαστή. Αλλά ας πάμε ένα βήμα πιο πέρα. Ας μην τις ορίσουμε final.

/**
 * A 2D Point.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param x The x coordinate
 * @param y The y coordinate
 */
public class Point {
    private int x, y;
...

Δημιουργήστε ένα νέο αντικείμενο τύπου Point χρησιμοποιώντας την μέθοδο κατασκευής δυο ορισμάτων:

Εικόνα 3.2.9 Λογικό λάθος αρχικοποίησης ορισμάτων στην κλάση Point

Όπως βλέπετε τα γνωρίσματα x, y δεν αρχικοποιήθηκαν από τις τιμές των ορισμάτων που περάσαμε στην μέθοδο κατασκευής. Πολύ προσοχή λοιπόν και καλό είναι να μην ονομάζουμε τις παραμέτρους όπως και τα γνωρίσματα.

Η μέθοδος toString() επιστρέφει μια φιλική προς τον χρήστη αναπαράσταση του αντικειμένου. Αν την αφαιρέσουμε, τότε, δημιουργώντας ένα νέο αντικείμενο και καλώντας inherited from Object -> String toString():

Εικόνα 3.2.10 Χωρίς μέθοδο toString()

Αυτό που συμβαίνει στο παρασκήνιο είναι ότι η ΕΜ της Java διαθέτει την ανάλογη μνήμη που χρειάζεται για τη δημιουργία του αντικειμένου, αναθέτει μια μοναδική ταυτότητα στο αντικείμενό μας (Point@2888dd0b) και εκτελεί τον κώδικα της μεθόδου κατασκευής (constructor).

Σαν άσκηση γράψτε την εγγραφή Circle που ορίσαμε πιο πάνω σαν κλάση.

Μπορούν να υπάρχουν πολλοί κατασκευαστές με το ίδιο όνομα (overloading) αλλά όχι με την ίδια υπογραφή, δηλ. θα πρέπει να περιέχουν διαφορετικό αριθμό ή/και τύπο παραμέτρων. Ένας κατασκευαστής χωρίς παραμέτρους ονομάζεται εξ’ ορισμού κατασκευαστής (default constructor). Σε περίπτωση που δεν δηλωθεί κατασκευαστής, δημιουργείται αυτόματα ο default (no-args) constructor (αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό της γλώσσας).

Σημαντική σημείωση: Αν δηλώσουμε έστω μια μέθοδο κατασκευής σε μια κλάση, τότε δεν δημιουργείται αυτόματα default constructor.

Έτσι π.χ. αν ορίσουμε την κλάση Point χωρίς μεθόδους κατασκευής (constructors) (απαιτείται τώρα ν’ αρχικοποιήσουμε τα γνωρίσματά της):

Εικόνα 3.2.11 Λάθος αρχικοποίησης γνωρισμάτων λόγω μη ύπαρξης constructors

/**
 * A 2D Point.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param x The x coordinate
 * @param y The y coordinate
 */
public class Point {
    private final int x=0, y=0;
	
    public int getX() {
	return x;
    }
	
    public int getY() {
	return y;
    }
}

Η Java εισάγει κρυφά έναν default constructor χωρίς παραμέτρους. Αυτό επειδή δεν έχουμε δηλώσει άλλες μεθόδους κατασκευής. Αν όμως δηλώσουμε τουλάχιστο μια μέθοδο κατασκευής τότε δεν δημιουργείται κρυφά ένας no argument default constructor.

Ένας έξυπνος τρόπος να μειώσουμε τις πιθανές αλλαγές, κι άρα και τις πιθανότητες λάθους στον κώδικά μας, είναι η χρήση της this() (μην την μπερδέψετε με το this που είδαμε πιο πάνω) όπως φαίνεται παρακάτω:

/**
 * A 2D Point.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 * @param x The x coordinate
 * @param y The y coordinate
 */
public class Point {
    private final int x, y;

    public Point() {
        this(0, 0);
    }

    public Point(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public int getX() {
        return x;
    }
    
    public int getY() {
    return y;
    }
    
    public String toString() {
        return "Point[" + "x=" + x + ", y=" + y + "]";
    }
}

Η σύνταξη this(0,0) στο σώμα του κατασκευαστή χωρίς παραμέτρους σημαίνει ότι καλεί τον άλλον κατασκευαστή περνώντας του ως ορίσματα τα 0, 0. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να μειώσουμε κατά πολύ κώδικα που επαναλαμβάνεται στους διάφορους κατασκευαστές μιας κλάσης. Η τεχνική που ακολουθούμε είναι να καλούμε με την this() τον constructor με τις περισσότερες παραμέτρους που θα είναι κι αυτός που θα περιέχει την υλοποίηση. Είναι σημαντικό να σημειώσουμε εδώ ότι η this() πρέπει να είναι η πρώτη γραμμή σε μια μέθοδο κατασκευής, αλλιώς ο μεταγλωττιστής θα παραπονεθεί.

Ας δούμε ακόμα ένα παράδειγμα. Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να γράψουμε ένα παιχνίδι αγώνων αυτοκινήτων σε Java. Χρειαζόμαστε λοιπόν, μιαν αφαιρετική αναπαράσταση ενός αυτοκινήτου, δηλ. μια κλάση Car. Τι γνωρίσματα θέλουμε να έχουμε για την κλάση αυτή (η κατάστασή του); Μας ενδιαφέρει να γνωρίζουμε το μοντέλο του (π.χ. Tesla Model S), την μέγιστη ταχύτητά του, τον κυβισμό του κλπ. καθώς επίσης και την ταχύτητά του κάθε στιγμή (καθώς θα τρέχει σε αγώνες).

Τι συμπεριφορά θα θέλαμε να έχει το αυτοκίνητο; Θα θέλαμε να μπορούμε να επιταχύνουμε όταν πατάμε το γκάζι και να επιβραδύνουμε όταν πατάμε το φρένο. Επίσης, να στρίβουμε.

Τα παραπάνω τα συνοψίζουμε στην ακόλουθη κλάση Car:

Δημιουργήστε ένα νέο έργο με όνομα Car.
Δημιουργήστε μια νέα κλάση, ονομάστε τη Car και πατήστε OK.
Διπλό κλικ πάνω στην κλάση Car ώστε να ανοίξει ο κειμενογράφος και επικολλήστε τον ακόλουθο κώδικα:

/**
 * A Car.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 */
public class Car { // κλάση
  // ιδιότητες/γνωρίσματα
  private String model;
  private int maxSpeed;
  private int ccm;
  private int speed = 0;

  /**
   * Constructor.
   * 
   * @param m model
   * @param s max speed
   * @param c ccm
   */
  public Car(String m, int s, int c) {
    model = m; maxSpeed = s; ccm = c;
  }
  // ενέργειες/μέθοδοι
  public void accelerate() {
    if (speed <= maxSpeed - 10)
       speed+=10;
  }
  public void decelerate() {
    if (speed >= 10)
       speed-=10;
  }
  public int getSpeed() {
    return speed;
  }

  public String toString() {
    return "Car[" + "model=" + model + ", maxSpeed=" + maxSpeed + ", ccm=" + ccm + ", speed=" + speed + "]"; 
  }
}

Η κλάση Car περιέχει 4 γνωρίσματα (model, maxSpeed, ccm, speed), 4 μεθόδους (accelerate(), decelerate(), getSpeed(), toString()) και μια μέθοδο κατασκευής.

Για να δημιουργήσετε ένα νέο αντικείμενο της κλάσης Car, κάντε δεξί κλικ πάνω στο εικονίδιο της Car και επιλέξτε τον constructor της κλάσης. Δώστε τις παρακάτω τιμές στο διαλογικό παράθυρο που εμφανίζεται:

Εικόνα 3.2.12 Δημιουργία νέου αντικειμένου κλάσης Car στο BlueJ

Ποιά μέθοδο πρέπει να καλέσετε για να δείτε την τρέχουσα ταχύτητά του; Πόση είναι αυτή; Στη συνέχεια καλέστε τη μέθοδο accelerate(). Πόση είναι τώρα η ταχύτητα του αυτοκινήτου;

Στο σώμα της μεθόδου accelerate() βλέπουμε πώς μπορούμε να λάβουμε αποφάσεις στη Java, με την εντολή if. Το αυτοκίνητο μπορεί να επιταχύνει μόνο μέχρι να φτάσει τη μέγιστη ταχύτητά του, δηλ. if (speed <= maxSpeed - 10) (πατώντας το γκάζι επιταχύνει 10 χλμ/ώρα) και αντίστοιχα να επιβραδύνει μέχρι τη μηδενική ταχύτητα if (speed >= 10). Αν η ταχύτητά του είναι μικρότερη των 10 χλμ/ώρα τότε πατώντας το φρένο δεν έχει αποτέλεσμα καθώς η ταχύτητά του είναι ήδη μηδενική.

Το BlueJ σας δίνει επίσης τη δυνατότητα να δημιουργήσετε αντικείμενα από κλάσεις που δεν είναι μέρος του έργου σας αλλά μέρος της βιβλιοθήκης της Java.

Από το μενού Tools –> Use Library Class… θα εμφανιστεί ένα διαλογικό παράθυρο παροτρύνοντας σας να εισάγετε ένα πλήρως κατάλληλο όνομα κλάσης, όπως π.χ. java.lang.String. Μόλις εισαχθεί ένα όνομα κλάσης, πατώντας Enter θα παρουσιάσει όλες τις μεθόδους κατασκευής και τις στατικές μεθόδους (θα μάθουμε τι είναι οι στατικές μέθοδοι σε επόμενο μάθημα) εκείνης της κλάσης σε έναν κατάλογο στο διαλογικό παράθυρο. Οποιοιδήποτε από αυτές τις μεθόδους κατασκευής ή στατικές μεθόδους μπορούν να κληθούν επιλέγοντας τους από αυτόν τον κατάλογο. Η επίκληση (invocation) προχωρά όπως και με κάθε άλλη μέθοδο κατασκευής ή κλήση μεθόδου.

Σαν άσκηση δημιουργήστε ένα αντικείμενο της java.util.Random. Η Random είναι μια γεννήτρια τυχαίων αριθμών. Αφού δημιουργήσετε ένα αντικείμενο της κλάσης, στη συνέχεια κάντε δεξί κλικ πάνω του και καλέστε τη μέθοδο nextInt(). Θα εμφανιστεί ένα διαλογικό παράθυρο με τον τυχαίο ακέραιο αριθμό που “γέννησε” η μέθοδος.

Αμετάβλητες (Immutable) κλάσεις

Κλάσεις που μπορούν ν’ αλλάξουν τις τιμές των γνωρισμάτων τους μετά τη δημιουργία τους λέγονται μεταβαλλόμενες (mutable) κλάσεις. Αυτές συνήθως διαθέτουν μεθόδους setXXX() (δηλ. μεθόδους μεταβολής των τιμών των γνωρισμάτων, ή mutators) που επιτρέπουν ν’ αλλάξουν την τιμή ενός γνωρίσματος. Μεταβάλλοντας την κατάσταση ενός αντικειμένου κατά τη διάρκεια εκτέλεσης ενός προγράμματος μερικές φορές είναι επικίνδυνο, ιδιαίτερα αν οι τιμές των γνωρισμάτων αλλάζουν από διαφορετικές διαδικασίες (processes) ή νήματα (threads) με μη ελεγχόμενα αποτελέσματα.

Οι αμετάβλητες (immutable) κλάσεις είναι ευκολότερες να σχεδιαστούν και να υλοποιηθούν απ’ ότι οι mutable classes, πιο ασφαλής και είναι λιγότερο ευάλωτες σε λάθη.

Οι καλές τεχνικές προγραμματισμού προωθούν τη χρήση αμετάβλητων (immutable) κλάσεων. Οι τιμές των γνωρισμάτων (δηλ. η κατάσταση) ενός στιγμιοτύπου μιας immutable class δεν μπορούν (μπορεί) να αλλάξουν (αλλάξει) μετά τη δημιουργία του.

Η κλάση Point αλλά και η εγγραφή Point που είδαμε σε προηγούμενο μάθημα είναι παραδείγματα αμετάβλητων κλάσεων. Αυτό το καταλαβαίνουμε επειδή δε διαθέτουν setters, ενώ τα γνωρίσματά τους δηλώνονται ως σταθερές που σημαίνει ότι όταν λάβουν την αρχική τιμή τους, αυτή δεν μπορεί ν’ αλλάξει αργότερα. Αν θέλουμε ν’ αλλάξουμε τις συντεταγμένες ενός σημείου, θα πρέπει να δημιουργήσουμε ένα νέο στιγμιότυπο (instance) της κλάσης Point. Επίσης η κλάση δηλώνεται ως final που σημαίνει ότι δεν μπορεί να κληρονομηθεί (θα μάθουμε τι σημαίνει αυτό στο επόμενο μάθημα) ώστε μια υποκλάση ν’ αλλάξει αυτή τη συμπεριφορά.

Ακολουθήστε τους παρακάτω πέντε κανόντες για να δημιουργήσετε αμετάβλητες κλάσεις (ή απλά χρησιμοποιήστε εγγραφές (records)):

μην παρέχετε mutators (δηλ. μεθόδους που αλλάζουν τις τιμές των γνωρισμάτων της κλάσης)
μην επιτρέψετε στην κλάση να κληρονομηθεί (ορίστε τη ως final)
όλα τα γνωρίσματα της κλάσης πρέπει να είναι σταθερές
όλα τα γνωρίσματα της κλάσης πρέπει να είναι private
αν η κλάση σας διαθέτει μεταβλητά γνωρίσματα τότε αν δεν τα εκθέτετε σε άλλες κλάσεις η κλάση σας μπορεί να χαρακτηριστεί ως immutable

Διεπαφές (Interface)

Η διεπαφή (interface) είναι ένα είδος κλάσης που περιέχει όμως μόνο σκελετούς μεθόδων (δηλ. χωρίς υλοποίηση) ή/και σταθερές. Στο έργο Shapes δημιουργήστε μια νέα κλάση Shape και επιλέξτε Interface ως τύπο κλάσης. Στη συνέχεια επικολήστε τον ακόλουθο κώδικα στον κειμενογράφο της διεπαφής:

/**
 * A 2D Shape.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.1
 */
public interface Shape
{
    /**
     * Draw the shape.
     */
    void draw();
}

Βλέπουμε ότι η παραπάνω διεπαφή περιέχει μια αφηρημένη (abstract) μέθοδο που δεν περιέχει υλοποίηση, δηλ. βλέπουμε μόνο τον ορισμό της μεθόδου. Η υλοποίηση της γίνεται σε άλλες κλάσεις. Φυσικά σε μια διεπαφή μπορούμε να ορίσουμε πολλές αφηρημένες μεθόδους.

Δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε απευθείας αντικείμενα μιας διεπαφής (εκτός κι αν παρέχουμε υλοποιήσεις όλων των μεθόδων της). Θα μιλήσουμε αναλυτικά για διεπαφές σε επόμενο μάθημα.

Απαριθμημένοι Τύποι (Enum)

Οι απαριθμημένοι τύποι (enums) είναι ένα σταθερό πλήθος από σταθερές. Ο enum στην Java είναι κι αυτός ένα είδος κλάσης. Στο έργο Car πάμε να δημιουργήσουμε έναν νέο enum με όνομα EngineType.

/**
 * EngineType.
 * 
 * @author ikost
 * @version 1.0
 */
public enum EngineType
{
    BENZINE, DIEZEL, ELECTRIC, HYBRID
}

Ας προσθέσουμε ένα νέο γνώρισμα τύπου EngineType στην κλάση Car:

/**
 * A Car.
 *
 * @author ikost
 * @version 0.2
 */
public class Car { // κλάση
  // ιδιότητες/γνωρίσματα
  private String model;
  private int maxSpeed;
  private int ccm;
  private int speed = 0;
  private EngineType engineType;

  /**
   * Constructor.
   * 
   * @param m model
   * @param s max speed
   * @param c ccm
   * @param et engineType
   */
  public Car(String m, int s, int c, EngineType et) {
    model = m; maxSpeed = s; ccm = c; engineType = et;
  }
  // ενέργειες/μέθοδοι
  public void accelerate() {
     if (speed <= maxSpeed - 10)
        speed+=10;
  }
  public void decelerate() {
     if (speed >= 10)
        speed-=10;
  }
  public int getSpeed() {
      return speed;
  }
  public String toString() {
     return "Car[" + "model=" + model + ", maxSpeed=" + maxSpeed + ", ccm=" + ccm + ", engineType=" + engineType + ", speed=" + speed + "]"; 
  }
}

Εικόνα 3.2.13 Δημιουργία γνωρίσματος τύπου enum EngineType στην κλάση Car

Περίληψη

Σε αυτήν την ενότητα εξερευνήσαμε τα βασικά στοιχεία των κλάσεων (classes) και των αντικειμένων (objects). Μάθαμε ότι τα αντικείμενα καθορίζονται από κλάσεις. Οι κλάσεις αντιπροσωπεύουν τη γενική έννοια των πραγμάτων, ενώ τα αντικείμενα αντιπροσωπεύουν συγκεκριμένες περιπτώσεις μιας κλάσης. Μπορούμε να έχουμε πολλά αντικείμενα μιας κλάσης.

Τα αντικείμενα έχουν μεθόδους (methods) που χρησιμοποιούμε για να επικοινωνήσουμε μαζί τους. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια μέθοδο για να κάνουμε μια αλλαγή στο αντικείμενο ή για λήψη πληροφοριών από το αντικείμενο. Οι μέθοδοι μπορεί να έχουν παραμέτρους και οι παράμετροι έχουν τύπους. Οι μέθοδοι έχουν τύπους επιστροφής, οι οποίοι καθορίζουν τον τύπο δεδομένων που επιστρέφουν. Εάν ο τύπος επιστροφής είναι void, δεν επιστρέφουν τίποτα.

Τα αντικείμενα αποθηκεύουν δεδομένα σε πεδία ή γνωρίσματα (fields) (τα οποία έχουν και αυτά τύπους, π.χ. int, String). Όλες οι τιμές δεδομένων ενός αντικειμένου μαζί αναφέρεται ως η κατάσταση (state) του αντικειμένου.

Τα αντικείμενα δημιουργούνται από ορισμούς κλάσεων που έχουν γραφτεί σε μια συγκεκριμένη γλώσσα προγραμματισμού. Μεγάλο μέρος του προγραμματισμού στη Java αφορά την εκμάθηση της σύνταξης ορισμών κλάσεων. Ένα μεγάλο πρόγραμμα Java θα έχει πολλές κλάσεις, η καθεμία με πολλές μεθόδους που καλούν η μία την άλλη με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.

Για να μάθουμε να αναπτύσσουμε αντικειμενοστραφή προγράμματα σε Java, πρέπει να μάθουμε πώς να γράφουμε ορισμούς κλάσεων, συμπεριλαμβανομένων των πεδίων και μεθόδων, και πώς να συνδυάσουμε αυτές τις κλάσεις. Οι υπόλοιπες ενότητες αυτού του μαθήματος πραγματεύονται αυτά τα ζητήματα.