Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός, Εφαρμογές με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού JAVA

This page is read only. You can view the source, but not change it. Ask your administrator if you think this is wrong.
====== Διεπαφές (Interfaces) ======

===== Εισαγωγικά =====

Κατά την ανάπτυξη προγραμμάτων είναι σημαντικό να είναι τυποποιημένος ο τρόπος αλληλεπίδρασης ανάμεσα σε διαφορετικά συστήματα. Η ύπαρξη ενός "συμβολαίου" το οποίο καθορίζει ακριβώς το πώς μπορεί μια εφαρμογή να αλληλεπιδράσει με μια άλλη διευκολύνει την ανεξάρτητη ανάπτυξη κώδικα από διαφορετικές ομάδες.

Υπακούοντας στην παραπάνω αρχή, η Java εισάγει την έννοια της διεπαφής (**interface**). Τα //interfaces// στη Java λειτουργούν ως προ-συμφωνημένες διεπαφές μεταξύ προγραμματιστών. Κάθε interface τυπικά σχετίζεται με:

  - τους προγραμματιστές που το χρησιμοποιούν και 
  - τους προγραμματιστές που το υλοποιούν. 

Οι πρώτοι γράφουν την εφαρμογή τους ώστε να χρησιμοποιεί τις μεθόδους του interface για να παρέχει συγκεκριμένη λειτουργικότητα. 

Οι δεύτεροι, αν θέλουν να επωφεληθούν από την λειτουργικότητα που υποδεικνύει ένα //interface//  θα πρέπει να υλοποιήσουν τις μεθόδους του στα προγράμματά τους και να επιλέγουν προς χρήση κλάσεις που υλοποιούν το συγκεκριμένο interface. 

Από τα παραπάνω εξάγεται ότι το interface είναι μία προσυμφωνημένη διεπαφή η οποία δεσμεύει και τις δύο πλευρές, δηλαδή οι χρήστες του δεσμεύονται να χρησιμοποιούν τις μεθόδους του //interface// και οι προγραμματιστές που το υλοποιούν να το υλοποιούν στις κλάσεις τους. Παρακάτω θα δούμε την υποστήριξη των interfaces από τον compiler της Java και τους κανόνες που τα διέπουν.

Ως παράδειγμα, θεωρήστε ένα interface το οποίο ορίζει πως όποιοι κατασκευαστές συσκευών θέλουν να χρησιμοποιήσουν χρονόμετρο σε συσκευή τους πρέπει να υλοποιήσουν τις μεθόδους setTimer, startTimer και endTimer. 
Ένας κατασκευαστής κλιματιστικών (που θέλει να μπορεί να σταματήσει η λειτουργία της συσκευής μετά από ένα χρονικό διάστημα), και ένας κατασκευαστής κουζινών (που θέλει η κουζίνα του να παράγει έναν ήχο μετά από ένα χρονικό διάστημα) επιλέγουν να υλοποιήσουν αυτές τις μεθόδους. Με αυτόν το τρόπο τηρούντηρήσουν ένα συμβόλαιο αλληλεπίδρασης με το χρονόμετρο.. 

Οι υλοποιήσεις για τις κουζίνες και τα κλιματιστικά είναι εντελώς διαφορετικές και γίνονται ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Η εγγύηση είναι μόνο ότι οι μέθοδοι έχουν υλοποιηθεί και παρέχουν ασφαλή και ομοιόμορφο τρόπο αλληλεπίδρασης με τα χρονόμετρα των συσκευών. 

Ένας χρήστης αυτών των συσκευών δε χρειάζεται να γνωρίζει πώς ακριβώς λειτουργούν εσωτερικά τα χρονόμετρα, αλλά του αρκεί να γνωρίζει ότι μπορεί να αλληλεπιδράσει με το χρονόμετρο οποιασδήποτε τέτοιας συσκευής μέσω ίδιων πάντα μεθόδων οι οποίες παίρνουν πάντα συγκεκριμένες παραμέτρους κι επιστρέφουν συγκεκριμένη τιμή. 

Αντιπαραθέστε μια κατάσταση όπου οι συσκευές δεν τηρούν αυτό το συμβόλαιο (δηλαδή δεν υλοποιούν το συγκεκριμένο interface) και ως αποτέλεσμα ο χρήστης αναγκάζεται να χρησιμοποιήσει μια μέθοδο setACTimer για το χρονόμετρο του κλιματιστικού, μια μέθοδο setStoveTimer για το χρονόμετρο της κουζίνας κτλ. 

===== Ορίζοντας ένα Interface =====

Ένα interface ορίζεται με τρόπο παρόμοιο με κλάση, αλλά με το χαρακτηρισμό interface, για παράδειγμα, 

<code java>
public interface ApplianceTimer{

    // constant declarations    
    int TIMEOUT = 20000;
 
    // method signatures
    public int setTimer(int t);
    public int startTimer(int t);
    public int stopTimer();
}
</code>

Ο προσδιοριστής ενός interface είναι public ή μπορούμε να τον παραλείψουμε (package-private).

Ένα interface μπορεί να περιέχει **μόνο** σταθερές (πχ. το TIMΕOUT στο παράδειγμα), abstract μεθόδους, default μεθόδους, static μεθόδους. Θα εξηγήσουμε κάθε μία από τις κατηγορίες μεθόδων παρακάτω. Όλες οι μέθοδοι σε ένα interface είναι εξ ορισμού //public//, κατά συνέπεια ο προσδιοριστής public σε αυτές μπορεί να παραληφθεί.

Τόσο στις κλάσεις όσο και στα interfaces ορίζεται η ιδιότητα της κληρονομικότητας. Η διαφορά είναι ότι ενώ στην κλάση μπορούμε να έχουμε μόνο μία γονική κλάση, στα interfaces μπορούμε να έχουμε περισσότερα του ενός γονικά interfaces.


===== Υλοποιώντας ένα Interface =====

Θα δείξουμε την υλοποίηση ενός interface μέσα από ένα παράδειγμα.

Μια πολύ συνηθισμένη χρήση interfaces είναι για το χαρακτηρισμό αντικειμένων τα οποία μπορούν να συγκριθούν μεταξύ τους: 

Η μέθοδος ''Arrays.Sort'' μπορεί να ταξινομήσει τα περιεχόμενα ενός πίνακα που αποτελείται από οποιοδήποτε είδος αντικειμένων αλλά μόνο υπό την προϋπόθεση ότι η κλάση που αναπαριστά αυτά τα αντικείμενα υλοποιεί το interface Comparable:
<code java>
public interface Comparable
{
     int compareTo(Object other);
}
</code>

Μια κλάση που υλοποιεί το Comparable πρέπει να υλοποιήσει τη μέθοδο ''compareTo''. Εφόσον συμβεί αυτό, η μέθοδος Arrays.Sort μπορεί πια να αλληλεπιδράσει με τα αντικείμενα που θέλουμε να ταξινομήσουμε ώστε να μας παρέχει την υπηρεσία ταξινόμησης. 

Ας δούμε ένα παράδειγμα πάνω στην κλάση Rectangle που έχουμε ορίσει σε προηγούμενες ενότητες. Σύμφωνα με το documentation του interface Comparable η compareTo πρέπει να επιστρέφει ακέραιο αρνητικό, μηδέν ή θετικό αν το τρέχον αντικείμενο (this) θεωρείται αντίστοιχα "μικρότερο", "ίσο"  ή "μεγαλύτερο" από αυτό με το οποίο το συγκρίνουμε. Το πώς ορίζεται το "μικρότερο", κτλ. για αντικείμενα Rectangle είναι απόφαση του προγραμματιστή που υλοποιεί την κλάση Rectangle. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα αποφασίζουμε να συγκρίνουμε τα αντικείμενα με βάση το εμβαδό τους.

<code java Rectangle.java>
import java.util.Arrays;

public class Rectangle implements Comparable {
    private int width = 0;
    private int height = 0;
    private Point origin;

    public Rectangle() {
        origin = new Point(0, 0);
    }
    public Rectangle(Point p) {
        origin = p;
    }
    public Rectangle(int w, int h) {
        origin = new Point(0, 0);
        width = w;
        height = h;
    }
    public Rectangle(Point p, int w, int h) {
        origin = p;
        width = w;
        height = h;
    }

    public void move(int x, int y) {
        origin.setX(x);
        origin.setY(y);
    }

    public int getArea() {
        return width * height;
    }
    
    @Override
    public int compareTo(Object other) {
        Rectangle otherRect = (Rectangle) other; // απαραίτητο για να μπορεί να κληθεί η getArea 
        return this.getArea() - otherRect.getArea();             
    }
    
    @Override 
    public String toString() {
        return origin + ", [" + width + " X " + height + "]";
    }
    
    public static void main(String args[]) {
        Rectangle [] shapes = new Rectangle[4];                                     
        shapes[0] = new Rectangle(4, 5);                                            
        shapes[1] = new Rectangle(1, 8);                                            
        shapes[2] = new Rectangle(2, 15);                                           
        shapes[3] = new Rectangle(9, 2);                                            
                                                                                
        System.out.println("Initial array:");                                       
        for (Rectangle rectangle : shapes) {                                        
            System.out.println(rectangle + ", area: " + rectangle.getArea());       
        }                                                                           
                                                                                
        Arrays.sort(shapes);                                                        
                                                                                
        System.out.println("Sorted array:");                                        
        for (Rectangle rectangle : shapes) {                                        
            System.out.println(rectangle + ", area: " + rectangle.getArea());       
        } 	
    }
}
</code>


Για να εκτελέσετε το παράδειγμα κατεβάστε την κλάση ''Point'', από [[:java:objects |εδώ]].

===== Χρησιμοποιώντας ένα interface ως τύπο δεδομένων =====

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα Java Interface ως ένα reference τύπο δεδομένων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το όνομα ενός interface ως τον τύπο μιας παραμέτρου σε μία Java μέθοδο ή τύπο μιας τοπικής μεταβλητής στο σώμα μίας μεθόδου. Προϋπόθεση είναι οι τιμές των μεταβλητών να δείχνουν σε αντικείμενα των οποίων οι κλάσεις υλοποιούν το συγκεκριμένο interface. Δείτε το παρακάτω παράδειγμα.

Αρχικά ορίζουμε ένα interface με όνομα MyComparable το οποίο ορίζει τη μέθοδο isLarger που επιστρέφει true ή false ανάλογα με το αν το τρέχον αντικείμενο είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο της παραμέτρου : 

<code java MyComparable.java> 
public interface MyComparable {
  public boolean isLarger(Object other);
}
</code>

Γράφουμε την Rectangle ώστε να υλοποιεί και το νέο μας interface:
<code java Rectangle.java>
public class Rectangle implements MyComparable, Comparable {
    
  private int width;
  private int height;
  private Point origin;
    
  private int id;

  public Rectangle(int width, int height, Point origin) {
    this.width = width;
    this.height = height;
    this.origin = origin;
  }
  
  public Rectangle(int width, int height, int xPos, int yPos) {
    this(width, height, new Point(xPos,yPos));
  }

  public Rectangle(int width, int height) {
    this(width, height, 0, 0);
  }

  @Override
  public int compareTo(Object other) {
  Rectangle otherRect = (Rectangle) other;
    return (this.getArea() - otherRect.getArea());
  }

  @Override
  public boolean isLarger(Object other) {
	Rectangle otherRect = (Rectangle) other;
    return (this.getArea() > otherRect.getArea());
  }

  @Override
  public String toString() {
    return origin + ", [" + width + " X " + height + "]";
  }

  public int getArea() {
       return width * height;
  }
  /* οι υπόλοιπες μέθοδοι παραλλείπονται για συντομία */
}
</code>

Τώρα, μπορούμε να ορίσουμε την κλάση ''TwosComparator'' η οποία παρέχει μεθόδους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σύγκριση ανάμεσα σε οποιαδήποτε δύο αντικείμενα //εφόσον// αυτά υλοποιούν το MyComparable. 

<code java TwosComparator.java>
public class TwosComparator {
    
    /* Παράδειγμα χρήσης interface ως τύπο τοπικής μεταβλητής στο σώμα μιας μεθόδου. */
    public Object findLargest(Object object1, Object object2) {
        MyComparable obj1 = (MyComparable)object1;
        MyComparable obj2 = (MyComparable)object2;
        if (obj1.isLarger(obj2))
            return object1;
        else 
            return object2;
    }
     
    /* Παράδειγμα χρήσης interface ως τύπο τοπικής μεταβλητής στο σώμα μιας μεθόδου.  */
    public Object findSmallest(Object object1, Object object2) {
        MyComparable obj1 = (MyComparable)object1;
        MyComparable obj2 = (MyComparable)object2;
        if (!(obj1.isLarger(obj2)))
            return object1;
        else 
            return object2;
    }
}
</code>

Χρησιμοποιούμε την TwosComparator ως εξής: 
<code java Main.java>
public class Main {
	     
    public static void main(String args[]) {
        Rectangle rec1 = new Rectangle(30, 40);
        Rectangle rec2 = new Rectangle(10, 50);
        TwosComparator comp = new TwosComparator();
     
        System.out.println("rec1 is " + rec1);
        System.out.println("rec2 is " + rec2);
     
        System.out.println( comp.findLargest(rec1, rec2) + "  is larger!");
        System.out.println( comp.findSmallest(rec1, rec2) + "  is smaller!");
    }
}
</code>

===== Μεταβάλλοντας ένα υφιστάμενο Interface =====

Κάποιες φορές στον προγραμματισμό εμφανίζεται η ανάγκη να μεταβάλλουμε ένα υφιστάμενο interface ή να το επεκτείνουμε. Το πρόβλημα σε αυτές τις περιπτώσεις είναι ότι οι κλάσεις που υλοποιούν το συγκεκριμένο interface με την προσθήκη ή αλλαγή των υφιστάμενων μεθόδων θα πάψουν να το υλοποιούν. Επομένως μία μονομερής αλλαγή του interface δεν είναι εφικτή. Παρόλα αυτά υπάρχουν δύο εναλλακτικές που μπορούν να μας καλύψουν.

 
**1η εναλλακτική:** Να υλοποιήσουμε ένα νέο interface με παραπλήσιο όνομα, το οποίο να αποτελέσει τη νέα έκδοση του υφιστάμενου interface.
<code java>
public interface DoItPlus extends DoIt {

   boolean didItWork(int i, double x, String s);
   
}
</code>

**2η εναλλακτική:** Να υλοποιήσουμε μία ή περισσότερες //default// μέθοδους (όσες είναι και οι αλλαγές ή οι προσθήκες) μέσα στο υφιστάμενο interface, ώστε ακόμη και εάν οι κλάσεις που υλοποιούν το συγκεκριμένο interface δεν υλοποιούν τις νέες μεθόδους, οι υλοποιήσεις στις κλάσεις αυτές να γίνονται από το ίδιο το interface.
<code java>
public interface DoIt {

   void doSomething(int i, double x);
   int doSomethingElse(String s);
   default boolean didItWork(int i, double x, String s) {
       // Method body 
   }  
}
</code>

===== Default μέθοδοι =====

<WRAP 80% important center round>
**__Παρατήρηση:__** Οι **default** μέθοδοι στην Java υλοποιούνται στην έκδοση 8 της γλώσσας. Μεταγλωττιστές που ανήκουν σε προηγούμενες εκδόσεις αδυνατούν να μεταγλωττίσουν τον παρακάτω κώδικά.
</WRAP>

Ας θεωρήσουμε το παρακάτω υποθετικό interface

<code java StringInverter.java>
    public interface StringInverter {
        /** inverts a string
         */
        String invert(String str);
    }
</code>

Ας υποθέσουμε τώρα ότι η κλάση MyString υλοποιεί το παραπάνω interface.

<code java MyString.java>
import java.lang.*;
public class MyString implements StringInverter {
    String invert(String str) {
        StringBuffer strb = new StringBuffer(str);
        return strb.reverse().toString();
    }
}
</code>

Αν υποθέσουμε ότι το αρχικό interface αλλάζει στο παρακάτω

<code java StringInverter.java>
    public interface StringInverter {
        /** inverts a string
         */
        String invert(String str);
        /** splits a string in half and inverts
         * the two parts.
         */
        String invertHalf(String str);
    }
</code>

Τώρα η κλάση MyString δεν υλοποιεί πλέον το αρχικό interface. Αυτό μπορεί να συνεχίσει να υλοποιείται εάν η νέα μέθοδος έχει μία default υλοποίηση μέσα στο interface όπως παρακάτω.

<code java StringInverter.java>
    public interface StringInverter {
        /* inverts a string
         */
        String invert(String str);
        /* splits a string in half and inverts
         * the two parts
         */
        default String invertHalf(String str) {
           int len = str.length();
           String str1 = str.substring(0, len/2);
           String str2 = str.substring(len/2, len);
           return str2+str1;
        }
    }
</code>



===== Στατικές μέθοδοι =====

Εκτός από //default// μεθόδους ένα interface μπορεί να περιέχει και στατικές (//static//) μεθόδους. Οι στατικές μέθοδοι ορίζονται σε αναλογία με τις στατικές μεθόδους των κλάσεων και ουσιαστικά ανήκουν στις κλάσεις που θα υλοποιήσουν το interface και όχι στα αντικείμενα. Ένα παράδειγμα μπορείτε να δείτε παρακάτω.

<code java StringInverter.java>
    public interface StringInverter {
        /** inverts a string
         */
        String invert(String str);
        /** splits a string in half and inverts
         * the two parts
         */
        default String invertHalf(String str) {
           int len = str.length();
           String str1 = str.substring(0, len/2);
           String str2 = str.substring(len/2, len);
           return str2+str1;
        }
        
        /** removes character at index from String str
         * and returns the new String.
         */
        static String removeChar(String str, int index) {
            if( str.length()-1 < index ) {
                return str;
            }
            String str1 = str.substring(0,index);
            String str2;
            if( str.length() >= index-1 ) {
                str2 = new String("");
            }
            else {
                str2 = str.substring(index+1);
            }
            return str1+str2;
        
        }
    }
</code>

| Προηγούμενο : [[ :java:array_list | Η κλάση ArrayList ]] | [[ :toc | Περιεχόμενα ]] | Επόμενο: [[ :java:access_modifiers | Περιοριστές πρόσβασης ]]  |
Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός, Εφαρμογές με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού JAVA

User Tools

Site Tools

Page Tools
