lunes, 4 de junio de 2012

PROGRAMAS

GUIAS

3.1 Definición: Clase base y clase derivada




Introducción


La herencia es una propiedad esencial de la Programación Orientada a Objetos que consiste en la creación de nuevas clases a partir de otras ya existentes. Este término ha sido prestado de la Biología donde afirmamos que un niño tiene la cara de su padre, que ha heredado ciertas facetas físicas o del comportamiento de sus progenitores.
La herencia es la característica fundamental que distingue un lenguaje orientado a objetos, como el C++ o Java, de otro convencional como C, BASIC, etc. Java permite heredar a las clases características y conductas de una o varias clases denominadas base. Las clases que heredan de clases base se denominan derivadas, estas a su vez pueden ser clases bases para otras clases derivadas. Se establece así una clasificación jerárquica, similar a la existente en Biología con los animales y las plantas.
La herencia ofrece una ventaja importante, permite la reutilización del código. Una vez que una clase ha sido depurada y probada, el código fuente de dicha clase no necesita modificarse. Su funcionalidad se puede cambiar derivando una nueva clase que herede la funcionalidad de la clase base y le añada otros comportamientos. Reutilizando el código existente, el programador ahorra tiempo y dinero, ya que solamente tiene que verificar la nueva conducta que proporciona la clase derivada.
La programación en los entornos gráficos, en particular Windows, con el lenguaje C++, es un ejemplo ilustrativo. Los compiladores como los de Borland y Microsoft proporcionan librerías cuyas clases describen el aspecto y la conducta de las ventanas, controles, menús, etc. Una de estas clases denominada TWindow describe el aspecto y la conducta de una ventana, tiene una función miembro denominada Paint, que no dibuja nada en el área de trabajo de la misma. Definiendo una clase derivada deTWindow, podemos redefinir en ella la función Paint para que dibuje una figura. Aprovechamos de este modo la ingente cantidad y complejidad del código necesario para crear una ventana en un entorno gráfico. Solamente, tendremos que añadir en la clase derivada el código necesario para dibujar un rectángulo, una elipse, etc.
En el lenguaje Java, todas las clases derivan implícitamente de la clase base Object, por lo que heredan las funciones miembro definidas en dicha clase. Las clases derivadas pueden redefinir algunas de estas funciones miembro como toString y definir otras nuevas.
Los programadores crean clases base:
1.            Cuando se dan cuenta que diversos tipos tienen algo en común, por ejemplo en el juego del ajedrez peones, alfiles, rey, reina, caballos y torres, son piezas del juego. Creamos, por tanto, una clase base y derivamos cada pieza individual a partir de dicha clase base.
2.           Cuando se precisa ampliar la funcionalidad de un programa sin tener que modificar el código existente.
Vamos a poner un ejemplo del segundo tipo, que simule la utilización de librerías de clases para crear un interfaz gráfico de usuario como Windows 3.1 o Windows 95.
Supongamos que tenemos una clase que describe la conducta de una ventana muy simple, aquella que no dispone de título en la parte superior, por tanto no puede desplazarse, pero si cambiar de tamaño actuando con el ratón en los bordes derecho e inferior.
La clase Ventana tendrá los siguientes miembros dato: la posición x e y de la ventana, de su esquina superior izquierda y las dimensiones de la ventana:ancho y alto.
public class Ventana {
    protected int x;
    protected int y;
    protected int ancho;
    protected int alto;
    public Ventana(int x, int y, int ancho, int alto) {
        this.x=x;
        this.y=y;
        this.ancho=ancho;
        this.alto=alto;
    }
} 
Las funciones miembros, además del constructor serán las siguientes: la función mostrar que simula una ventana en un entorno gráfico, aquí solamente nos muestra la posición y las dimensiones de la ventana.
    public void mostrar(){
        System.out.println("posición    : x="+x+", y="+y);
        System.out.println("dimensiones : w="+ancho+", h="+alto);
    }
La función cambiarDimensiones que simula el cambio en la anchura y altura de la ventana.
    public void cambiarDimensiones(int dw, int dh){
        ancho+=dw;
        alto+=dh;
    }
El código completo de la clase base Ventana, es el siguiente
package ventana;
 
public class Ventana {
    protected int x;
    protected int y;
    protected int ancho;
    protected int alto;
    public Ventana(int x, int y, int ancho, int alto) {
        this.x=x;
        this.y=y;
        this.ancho=ancho;
        this.alto=alto;
    }
    public void mostrar(){
        System.out.println("posición    : x="+x+", y="+y);
        System.out.println("dimensiones : w="+ancho+", h="+alto);
    }
    public void cambiarDimensiones(int dw, int dh){
        ancho+=dw;
        alto+=dh;
    }
}

Objetos de la clase base

Como vemos en el código, el constructor de la clase base inicializa los cuatro miembros dato. Llamamos al constructor creando un objeto de la claseVentana
      Ventana ventana=new Ventana(0, 0, 20, 30);
Desde el objeto ventana podemos llamar a las funciones miembro públicas
      ventana.mostrar();
      ventana.cambiarDimensiones(10, 10);
      ventana.mostrar();

LA CLASE DERIVADA

Incrementamos la funcionalidad de la clase Ventana definiendo una clase derivada denominada VentanaTitulo. Los objetos de dicha clase tendrán todas las características de los objetos de la clase base, pero además tendrán un título, y se podran desplazar (se simula el desplazamiento de una ventana con el ratón).
 La clase derivada heredará los miembros dato de la clase base y las funciones miembro, y tendrá un miembro dato más, el título de la ventana.
public class VentanaTitulo extends Ventana{
    protected String titulo;
    public VentanaTitulo(int x, int y, int w, int h, String nombre) {
        super(x, y, w, h);
        titulo=nombre;
    }
extends es la palabra reservada que indica que la clase VentanaTitulo deriva, o es una subclase, de la clase Ventana.
La primera sentencia del constructor de la clase derivada es una llamada al constructor de la clase base mediante la palabra reservada super. La llamada
       super(x, y, w, h); 
inicializa los cuatro miembros dato de la clase base Ventana: x, y, ancho, alto. A continuación, se inicializa los miembros dato de la clase derivada, y se realizan las tareas de inicialización que sean necesarias. Si no se llama explícitamente al constructor de la clase base Java lo realiza por nosotros, llamando al constructor por defecto si existe.
La función miembro denominada desplazar cambia la posición de la ventana, añadiéndoles el desplazamiento.
    public void desplazar(int dx, int dy){
        x+=dx;
        y+=dy;
    }
Redefine la función miembro mostrar para mostrar una ventana con un título.
   public void mostrar(){
        super.mostrar();
        System.out.println("título     : "+titulo);
    }
En la clase derivada se define una función que tiene el mismo nombre y los mismos parámetros que la de la clase base. Se dice que redefinimos la funciónmostrar en la clase derivada. La función miembro mostrar de la clase derivada VentanaTitulo hace una llamada a la función mostrar de la clase base Ventana, mediante
       super.mostrar(); 
De este modo aprovechamos el código ya escrito, y le añadimos el código que describe la nueva funcionalidad de la ventana por ejemplo, que muestre el título.
Si nos olvidamos de poner la palabra reservada super llamando a la funciónmostrar, tendríamos una función recursiva. La función mostrar llamaría amostrar indefinidamente.
    public void mostrar(){ //¡ojo!, función recursiva
        System.out.println("título     : "+titulo);
        mostrar();
    }
La definición de la clase derivada VentanaTitulo, será la siguiente.



package ventana;
 
public class VentanaTitulo extends Ventana{
    protected String título;
    public VentanaTitulo(int x, int y, int w, int h, String nombre) {
        super(x, y, w, h);
        titulo=nombre;
    }
    public void mostrar(){
        super.mostrar();
        System.out.println("titulo     : "+titulo);
    }
    public void desplazar(int dx, int dy){
        x+=dx;
        y+=dy;
    }
}

Objetos de la clase derivada

Creamos un objeto ventana de la clase derivada VentanaTitulo
            VentanaTitulo ventana=new VentanaTitulo(0, 0, 20, 30, "Principal");
Mostramos la ventana con su título, llamando a la función mostrar, redefinida en la clase derivada
        ventana.mostrar();
Desde el objeto ventana  de la clase derivada llamamos a las funciones miembro definidas en dicha clase
      ventana.desplazar(4, 3);
Desde el objeto ventana de la clase derivada podemos llamar a las funciones miembro definidas en la clase base.
        ventana.cambiarDimensiones(10, -5);
Para mostrar la nueva ventana desplazada y cambiada de tamaño escribimos
        ventana.mostrar();


3.2 Clasificación: Herencia simple y Herencia múltiple






Herencia

La herencia es un mecanismo que permite la definición de una clase a partir de la definición de otra ya existente. La herencia permite compartir automáticamente métodos y datos entre clases, subclases y objetos.
La herencia está fuertemente ligada a la reutilización del código en la POO. Esto es, el código de cualquiera de las clases puede ser utilizado sin más que crear una clase derivada de ella, o bien una subclase.

Hay dos tipos de herencia: Herencia Simple y Herencia Múltiple. La primera indica que se pueden definir nuevas clases solamente a partir de una clase inicial mientras que la segunda indica que se pueden definir nuevas clases a partir de dos o más clases iniciales. Java sólo permite herencia simple
Herencia Simple La herencia en C++ es un mecanismo de abstracción creado para poder facilitar, y mejorar el diseño de las clases de un programa. Con ella se pueden crear nuevas clases a partir de clases ya hechas, siempre y cuando tengan un tipo de relación especial. En la herencia, las clases derivadas “heredan” los datos y las funciones miembro de las clases base, pudiendo las clases derivadas redefinir estos comportamientos (polimorfismo) y añadir comportamientos nuevos propios de las clases derivadas. Para no romper el principio de encapsulamiento (ocultar datos cuyo conocimiento no es necesario para el uso de las clases), se proporciona un nuevo modo de visibilidad de los datos/funciones: “protected”. Cualquier cosa que tenga visibilidad protected se comportará como pública en la clase Base y en las que componen la jerarquía de herencia, y como privada en las clases que NO sean de la jerarquía de la herencia. Antes de utilizar la herencia, nos tenemos que hacer una pregunta, y si tiene sentido, podemos intentar usar esta jerarquía: Si la frase <claseB> ES-UN <claseA> tiene sentido, entonces estamos ante un posible caso de herencia donde clase A será la clase base y clase B la derivada. Ejemplo: clases Barco, Acorazado, Carguero, etc… un Acorazado ES-UN Barco, un Carguero ES-UN Barco, un Trasatlántico ES-UN Barco, etc… En este ejemplo tendríamos las cosas generales de un Barco (en C++) class Barco {
   protected:
     char* nombre;
     float peso;     
   public:
     //Constructores y demás funciones básicas de barco
}; y ahora las características de las clases derivadas, podrían (a la vez que heredan las de barco) añadir cosas propias del subtipo de barco que vamos a crear, por ejemplo: Class Carguero: public Barco { // Esta es la manera de especificar que hereda de Barco
    private:
       float carga;
    //El resto de cosas
};
Class Acorazado: public Barco {
    private:
       int numeroArmas;
       int Soldados;
       // Elresto de cosas
}; Por último, hay que mencionar que existen 3 clases de herencia que se diferencian en el modo de manejar la visibilidad de los componentes de la clase resultante: • Herencia publica (class Derivada: public Base ) : Con este tipo de herencia se respetan los comportamientos originales de las visibilidades de la clase Base en la clase Derivada. • Herencia privada (clase Derivada: private Base) : Con este tipo de herencia todo componente de la clase Base, será privado en la clase Derivada (ojo! siempre será privado aunque ese dato fuese público en la clase Base) • Herencia protegida (clase Derivada: protected Base) : Con este tipo de herencia, todo componente publico y protegido de la clase Base, será protegido en la clase Derivada, y los componentes privados, siguen siendo privados. Herencia Múltiple La herencia múltiple es el mecanismo que permite al programador hacer clases derivadas a partir, no de una sola clase base, sino de varias. Para entender esto mejor, pongamos un ejemplo: Cuando ves a quien te atiende en una tienda, como persona que es, podrás suponer que puede hablar, comer, andar, pero, por otro lado, como empleado que es, también podrás suponer que tiene un jefe, que puede cobrarte dinero por la compra, que puede devolverte el cambio, etc… Si esto lo trasladamos a la programación sería herencia múltiple (clase empleado_tienda): class Persona {
  …
  Hablar();
  Caminar();
  …
};
class Empleado {
  Persona jefe;
  int sueldo;
  Cobrar();
  …
};
class empleado_tienda: public Persona, Empleado {
  …
  Almacenar Stock();
  Comprobar Existencias?();
  …
}; Por tanto, es posible utilizar más de una clase para que otra herede sus características.


3.3 Reutilización de miembros heredados




La reutilización de código se refiere al comportamiento y a las técnicas que garantizan que una parte o la totalidad de un programa informático existente se pueda emplear en la construcción de otro programa. De esta forma se aprovecha el trabajo anterior, se economiza tiempo, y se reduce la redundancia.
La manera más fácil de reutilizar código es copiarlo total o parcialmente desde el programa antiguo al programa en desarrollo. Pero es trabajoso mantener múltiples copias del mismo código, por lo que en general se elimina la redundancia dejando el código reusable en un único lugar, y llamándolo desde los diferentes programas. Este proceso se conoce como abstracción. La abstracción puede verse claramente en lasbibliotecas de software, en las que se agrupan varias operaciones comunes a cierto dominio para facilitar el desarrollo de programas nuevos. Hay bibliotecas para convertir información entre diferentes formatos conocidos, acceder a dispositivos de almacenamiento externos, proporcionar una interfaz con otros programas, manipular información de manera conocida (como números, fechas, o cadenas de texto).
Para que el código existente se pueda reutilizar, debe definir alguna forma de comunicación o interfaz. Esto se puede dar por llamadas a una subrutina, a un objeto, o a una clase.

Como se ha comentado anteriormente la clase descendiente puede añadir sus propios atributos y métodos pero también puede sustituir u ocultar los heredados. En concreto:
1. Se puede declarar un nuevo atributo con el mismo identificador que uno heredado, quedando este atributo oculto. Esta técnica no es recomendable.
2. Se puede declarar un nuevo método de instancia con la misma cabecera que el de la clase ascendiente, lo que supone su sobreescritura. Por lo tanto, la sobreescritura o redefinición consiste en que métodos adicionales declarados en la clase descendiente con el mismo nombre, tipo de dato devuelto y número y tipo de parámetros sustituyen a los heredados.
3. Se puede declarar un nuevo método de clase con la misma cabecera que el de la clase ascendiente, lo que hace que éste quede oculto. Por lo tanto, los métodos de clase o estáticos (declarados como static) no pueden ser redefinidos.
4. Un método declarado con el modificador final tampoco puede ser redefinido por una clase derivada.
5. Se puede declarar un constructor de la subclase que llame al de la superclase de forma implícita o de mediante la palabra reservada super.
6. En general puede accederse a los métodos de la clase ascendiente que han sido redefinidos empleando la palabra reservada super delante del identificador del método. Este mecanismo sólo permite acceder al metodo perteneciente a la clase en el nivel inmediatamente superior de la jerarquía de clases.

Construyamos la clase Taxista.java con el siguiente código:
public class Taxista extends Persona {
private int nLicencia;
public void setNLicencia(int num){
nLicencia = num;
}
public int getLicencia(){
return nLicencia;
}
}
Y construyamos ArranqueTaxista.java:

public class ArranqueTaxista {
public static void main (String arg[]){
Taxista tax1 = new Taxista();
tax1.setNombre("Luis");
tax1.setEdad(50);
System.out.println( tax1.getNombre());
System.out.println(tax1.getEdad());
}
}
Ahora intentemos usar el constructor que existía en la clase Persona que recibia el nombre de la persona y vamos a usarlo para la clase Taxista. Para ello construyamos la clase ArranqueTaxista2.java:

public class ArranqueTaxista2 {
public static void main (String arg[]){
Taxista tax1 = new Taxista("Jose");
tax1.setEdad(50);
System.out.println( tax1.getNombre());
System.out.println(tax1.getEdad());
System.out.println(tax1.getNLicencia());
}
}
Se genera un error de compilación, debido a que los constructores no se heredan, sino que hay que definir nuestros propios constructores. Agreguemos en la clase Taxista los siguientes constructores:

public Taxista(int licencia){
super();
nLicencia = licencia;
}
public Taxista(String nombre,int licencia){
super(nombre);
nLicencia = licencia;
}
Ahora si podremos compilar y ejecutar la clase ArranqueTaxista2. La llamada al método super indica que estamos llamando a un constructor de la clase base (pensemos que un Taxista antes que Taxista es Persona y por tanto tiene sentido llamar al constructor de Persona antes que al de Taxista). Además gracias al número de parámetros de la llamada a super podemos especificar cuál de los constructores de la clase base queremos llamar.
En java se pueden emplear dos palabras clave: this y super. Como vimos en la unidad 1, this hace alusión a todo el objeto y super hace alusión a la parte heredada, por ello empleamos super para referenciar al constructor de la clase base.
Ahora vamos a agregar la función getNombre dentro de la clase Taxista, es decir, tenemos la misma función en Persona y en Taxista:

public String getNombre() {
return "Soy un taxista y me llamo: " + super.getNombre();
}

Compilamos Taxista y ejecutamos ArranqueTaxista2. Veremos que el mensaje que aparece en pantalla demuestra que la función getNombre llamada es la de del tipo real del objeto construido, en este caso la de la clase derivada que es Taxista.

Tambien apreciamos que para acceder al atributo nombre es necesario acceder al método getNombre de la clase base (y por ello emplear super).

En java los atributos y métodos de la clase base pueden cambiar su modificador de visibilidad dentro de la clase derivada, la siguiente tabla recoge dichos cambios:
Modificadores en la clase base:
public
private
protected
paquete

En la clase derivada se transforman en:
public
inaccesible
protected
paquete

Inaccesible significa que, a pesar de haber sido heredado, no hay permisos en la clase derivada para poder acceder a dicho elemento inaccesible, pero aún así, se pueden llamar a métodos de la clase base que si pueden acceder y modificar al elemento.
Recordemos que protected significa que es private, pero que al heredar no se hace inaccesible, es decir que desde la clase derivada se puede acceder.

3.4 Referencia al objeto de la clase base



Consideremos las figuras planas cerradas como el rectángulo, y el círculo. Tales figuras comparten características comunes como es la posición de la figura, de su centro, y el área de la figura, aunque el procedimiento para calcular dicha área sea completamente distinto. Podemos por tanto, diseñar una jerarquía de clases, tal que la clase base denominada Figura, tenga las características comunes y cada clase derivada las específicas. La relación jerárquica se muestra en la figura



La clase Figura es la que contiene las características comunes a dichas figuras concretas por tanto, no tiene forma ni tiene área. Esto lo expresamos declarando Figura como una clase abstracta, declarando la función miembroarea abstract.
Las clases abstractas solamente se pueden usar como clases base para otras clases. No se pueden crear objetos pertenecientes a una clase abstracta. Sin embargo, se pueden declarar variables de dichas clases.
En el juego del ajedrez podemos definir una clase base denominada Pieza, con las características comunes a todas las piezas, como es su posición en el tablero, y derivar de ella las características específicas de cada pieza particular. Así pues, la clase Pieza será una clase abstracta con una función abstractdenominada mover, y cada tipo de pieza definirá dicha función de acuerdo a las reglas de su movimiento sobre el tablero.
·                     La clase Figura
La definición de la clase abstracta Figura, contiene la posición x e y de la figura particular, de su centro, y la función area, que se va a definir en las clases derivadas para calcular el área de cada figura en particular.
public abstract class Figura {
    protected int x;
    protected int y;
    public Figura(int x, int y) {
        this.x=x;
        this.y=y;
    }
    public abstract double area();
}
·                     La clase Rectangulo
Las clases derivadas heredan los miembros dato x e de la clase base, y definen la función area, declarada abstract en la clase base Figura, ya que cada figura particular tiene una fórmula distinta para calcular su área. Por ejemplo, la clase derivada Rectangulo, tiene como datos, aparte de su posición(x, y) en el plano, sus dimensiones, es decir, su anchura ancho y altura alto.
class Rectangulo extends Figura{
    protected double ancho, alto;
    public Rectangulo(int x, int y, double ancho, double alto){
        super(x,y);
        this.ancho=ancho;
        this.alto=alto;
    }
    public double area(){
        return ancho*alto;
    }
}
La primera sentencia en el constructor de la clase derivada es una llamada al constructor de la clase base, para ello se emplea la palabra reservada super. El constructor de la clase derivada llama al constructor de la clase base y le pasa las coordenadas del punto x e y. Después inicializa sus miembros datoancho y alto.
En la definición de la función area, se calcula el área del rectángulo como producto de la anchura por la altura, y se devuelve el resultado
·                     La clase Circulo
class Circulo extends Figura{
    protected double radio;
    public Circulo(int x, int y, double radio){
        super(x,y);
        this.radio=radio;
    }
    public double area(){
        return Math.PI*radio*radio;
    }
}
Como vemos, la primera sentencia en el constructor de la clase derivada es una llamada al constructor de la clase base empleando la palabara reservadasuper. Posteriormente, se inicializa el miembro dato radio, de la clase derivada Circulo.
En la definición de la función area, se calcula el área del círculo mediante la conocida fórmula p*r2, o bien p*r*r. La constante Math.PI es una aproximación decimal del número irracional p.


Creamos un objeto c de la clase Circulo situado en el punto (0, 0) y de 5.5 unidades de radio. Calculamos y mostramos el valor de su área.
        Circulo c=new Circulo(0, 0, 5.5);
        System.out.println("Area del círculo "+c.area());
Creamos un objeto r de la clase Rectangulo situado en el punto (0, 0) y de dimensiones 5.5 de anchura y 2 unidades de largo. Calculamos y mostramos el valor de su área.
        Rectangulo r=new Rectangulo(0, 0, 5.5, 2.0);
        System.out.println("Area del rectángulo "+r.area());
Veamos ahora, una forma alternativa, guardamos el valor devuelto por newal crear objetos de las clases derivadas en una variable del tipo Figura (clase base).
        Figura f=new Circulo(0, 0, 5.5);
        System.out.println("Area del círculo "+f.area());
        f=new Rectangulo(0, 0, 5.5, 2.0);
        System.out.println("Area del rectángulo "+f.area());