Teória 11: Dedičnosť¶

Ako ďalší koncept objektovo orientovaného programovania si vysvetlíme dedičnosť.

Dedičnosť (anglicky inheritance) je jeden z pilierov objektovo-orientovaného programovania v Jave. Umožňuje triedam zdieľať a rozširovať funkcionalitu iných tried, čo podporuje opätovné použitie kódu, modularitu a hierarchickú štruktúru.

Dedičnosť je kľúčovým konceptom v OOP, ale má veľa rizík a nevýhod. V modernom softvérovom dizajne sa preto jej používanie posunulo smerom k opatrnejšiemu prístupu. Dnešné trendy zdôrazňujú flexibilitu, udržateľnosť a vyhýbanie sa rigidite, čo často vedie k preferovaniu alternatív ako kompozícia (composition).

Dedičnosť¶

Dedičnosť je mechanizmus objektovo orientovaného programovania, ktorý umožňuje, aby jedna trieda, potomok (anglicky subclass), prevzala vlastnosti a správanie inej triedy, rodiča (anglicky superclass).

Inými slovami: trieda môže zdediť atribúty (premenné) a metódy z inej triedy. K týmto atribútom a metódam potom môže trieda voľne pristupovať.

Takto sa opätovne využíva kód (reusability) a zjednodušuje údržba programu.

Pri dedení používame kľúčové slovo extends.

Príklad dedenia triedy

Osoba.java

class Osoba {
    String meno;

    Osoba(String meno) {
        this.meno = meno;
    }

    String getMeno() {
        return meno;
    }
}

Student.java

class Student extends Osoba {
    String skola;

    Student(String meno, String skola) {
        super(meno);
        this.skola = skola;
    }

    String getSkola() {
        return skola;
    }
}

Main.java

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student("Fero", "SPŠE Prešov");
        System.out.println(s.getMeno());
        System.out.println(s.getSkola());
    }
}

Dôležité vlastnosti dedenia:

V Jave vieme dediť iba od jednej triedy - tzv. single inheritance pre triedy
Rodičovská trieda môže ďalej dediť od tretej triedy a byť jej potomkom
Objekt podtriedy môžeme použiť všade tam, kde sa očakáva objekt nadradenej triedy
Každá trieda v Jave je potomkom triedy triedy java.lang.Object
Atribúty a metódy s modifikátorom prístupu private sa nededia

Použitie podtriedy tam, kde sa očakáva nadradená trieda

void vypisOsobu(Osoba osoba) {
    System.out.println(osoba.getMeno());
}

Osoba o = new Osoba("Alica");
Student s = new Student("Bob", "SPŠE Prešov");

vypisOsobu(o);
vypisOsobu(s);

Dedičnosť v UMl Class diagrame¶

V UML Class diagrame sa dedičnosť znázorňuje pomocou uzatvorenej šípky, ktorá smeruje od podtriedy smerom ku nadtriede - rodičovi.

classDiagram
direction LR
    class Osoba {
        -String meno
        +getMeno()
    }
    class Student {
        -String skola
        +getSkola()
    }

    Osoba <|-- Student

UML Class diagram tried Osoba a Student

Konštruktory pri dedení¶

Konštruktory sa nededia.

Rodičovský konštruktor vieme zavolať pomocou kľúčového slova super().

Volať nadradený konštruktor nie je vždy nutné. Ak to neurobíme, Java zavolá defaultný konštruktor nadradenej triedy. Ak taký nie je, kompilátor vyhodí chybu. Je dobré volať rodičovský konštruktor hneď na začiatku konštruktora podtriedy. (Do Javy 25 je to dokonca povinné)

Rodičovská trieda `Object`¶

Každá trieda v Jave je potomkom triedy triedy java.lang.Object, ktorá je vrcholom hierarchie tried.

Táto trieda definuje metódy toString a equals, preto ich môžeme volať pre každý objekt.

Triedu Object môžeme použiť všade tam, kde akceptujeme objekt akejkoľvek triedy.

Metóda akceptujúca akýkoľvek objekt

static void analyzuj(Object o) {
    System.out.println(o.getClass().toString());
    System.out.println(o.toString());
    if(o instanceof Osoba) {
        System.out.println(((Osoba)o).getMeno());
    }
    if(o instanceof Student) {
        System.out.println(((Student)o).getSkola());
    }
}

analyzuj(osoba);
analyzuj(student);
analyzuj(67);
analyzuj("Foo");

Modifikátory prístupu¶

Pri dedení je možné použiť nový modifikátor prístupu s názvom protected. Ten obmedzuje prístup k atribútu alebo metóde v rámci triedy samotnej, v rámci rovnakého balíka a aj z potomkov danej triedy.

Prehľad všetkých modifikátorov prístupu:

Modifikátory prístupu — Prehľad modifikátorov prístupu

Prekrytie metód - overriding¶

Triedy potomkov môžu prepísať (anglicky override) metódu rodiča, ak potrebujú zmeniť jej správanie. Metóda musí mať rovnaký názov, parametre a návratový typ.

Prekrytie metód

class Zviera {
    void zvuk() {
        System.out.println("Neznámy zvuk");
    }
}

class Pes extends Zviera {
    @Override
    void zvuk() {
        System.out.println("Haf!");
    }
}

Všimnite si anotáciu @Override. Nie je povinná, ale signalizuje, že sme chceli prekryť rodičovskú metódu. Používanie tejto anotácia pomáha odhaliť možné chyby pri programovaní.

V metóde je možné zavolať pôvodnú prekrytú metódu pomocou kľúčového slova super.metoda()

Statické metódy nie je možné prekryť, sú vždy viazané na konrétnu triedu.

Volanie prekrytej metódy

Osoba.java

class Osoba {
    String meno;

    Osoba(String meno) {
        this.meno = meno;
    }

    String getMeno() {
        return meno;
    }

    void predstavSa() {
        System.out.println("Som " + meno);
    }
}

Student.java

class Student extends Osoba {
    String skola;

    Student(String meno, String skola) {
        super(meno);
        this.skola = skola;
    }

    String getSkola() {
        return skola;
    }

    @Override
    void predstavSa() {
        System.out.println("Študujem na " + skola);
        super.predstavSa();
    }
}

Zabránenie dedenia - final¶

Pri definícii triedy môžeme zablokovať možnosť dediť z danej triedy pomocou kľúčového slova final.

Zabránenie dedenia triedy

final class Auto {
    String model;
    String vyrobca;
}

Z triedy Auto nebude môcť nikto dediť

Podobne môžeme zabrániť aj prekrytiu metód.

Zabránenie dedenia triedy

class Osoba {
    String meno;

    final String getMeno() {
        return meno;
    }
}

Metódu getMeno nebude možné prekryť v potomkoch tejto triedy

final sa používa na optimalizáciu (JVM môže inlinovať final metódy) a bezpečnosť (napr. pri nemenných, immutable objektoch).

IS-A verzus HAS-A¶

Pri modelovaní tried máme často na výber, či použijeme dedenie, alebo či triedu vložíme ako atribút. Pri rozhodovaní, ktorú možnosť použiť nám pomôže rozlíšenie, či trieda je špeciálnym prípadom inej triedy (anglicky is a), alebo či trieda v sebe má alebo obsahuje inú triedu (anglicky has a}

IS-A (je) znamená, že trieda je špeciálnym prípadom inej triedy. Vtedy použijeme dedičnosť. Príklady:

Pes je Zviera
Auto je Vozidlo
Učiteľ je Osoba
Študent je Osoba

HAS-A (má) znamená, že trieda obsahuje inú triedu ako atribút. Vzniká kompozíciou alebo agregáciou (teda nie dedičnosťou, ale zložením objektov). Použijeme atribúty. Príklady:

Auto má Motor
Dom má Dvere
Auto má Motor
Škola má Študentov

Príklad kombinácie IS-A a HAS-A

class Osoba {
    String meno;
}

class Adresa {
    String mesto;
}

class Student extends Osoba {    // Student IS-A Osoba
    Adresa adresa;               // Student HAS-A Adresa

    Student(String meno, String mesto) {
        this.meno = meno;
        this.adresa = new Adresa();
        this.adresa.mesto = mesto;
    }
}

Kompozícia v UML Class diagrame¶

V UML Class diagrame sa kompozícia znázorňuje pomocou plného diamantu, ktorý je pri triede, ktorá "má" (has-a) iné triedy ako atribúty.

classDiagram
direction LR
    class Auto {
        -String znacka
        -String model
        +getZnacka()
        +getModel()
    }
    class Motor {
        -String objem
        -String palivo
        +getObjem()
        +getPalivo()
    }
    Auto *-- Motor

UML Class diagram kompozície tried Auto a Motor

Radšej niečo iné, ako Dedičnosť!¶

Dedičnosť bola v minulosti často používaná, avšak má veľmi veľa návrhových úskalí, obmedzení a problémov. Preto sa v súčasnosti neodporúča dedičnosť používať a radšej využiť rozhrania, ktoré si ukážeme inokedy.

Najčastejší moderný pohľad je "favor composition over inheritance" – princíp z knihy Design Patterns (Gang of Four), ktorý sa stal štandardom v 2020s. Kompozícia znamená, že objekty obsahujú iné objekty (has-a vzťah), čo je flexibilnejšie.

Učím sa s pomocou umelej inteligencie

Som študent strednej školy, učím sa Javu. Vysvetli mi, prečo sa v modernom programovaní neodporúča používať dedičnosť. Uveď súčasné trendy pri návrhu tried a objasni dôvody.

Zhrnutie teórie¶

Poznámky do zošita

V zošite je potrebné mať napísané aspoň tieto poznámky:

DEDIČNOSŤ

Podradená trieda, potomok, prevezme vlastnosti a správanie nadradenej triedy.

Pri dedení používame kľúčové slovo extends

Vlastnosti
- Vieme dediť iba z jednej triedy
- Objekt podtriedy môžeme použiť všade tam, kde sa očakáva objekt nadradenej triedy
- Atribúty a metódy s modifikátorom prístupu private sa nededia

Konštruktory pri dedení
- Konštruktory sa nededia
- Rodičovský konštruktor voláme pomocou super()
- Ak nezavoláme nadradený konštruktor, Java zavolá defaultný konštruktor nadradenej triedy.

Rodičovská trieda Object
- java.lang.Object je vrcholom hierarchie tried
- definuje metódy toString a equals
- Triedu Object môžeme použiť všade tam, kde akceptujeme objekt akejkoľvek triedy.

Nový modifikátory prístupu protected - viditeľnosť z rovnakého balíka a aj z podtried

Prekrytie metód - overriding
- Potomok môže prepísať (anglicky override) metódu rodiča
- Metóda musí mať rovnaký názov, parametre a návratový typ
- Odporúča sa použiť anotáciu @Override
- Zavolanie pôvodnej prekrytú metódy pomocou super.metoda()
- Statické metódy nie je možné prekryť

Môžeme zablokovať možnosť dediť triedu alebo prekryť metódu pomocou kľúčového slova final

IS-A verzus HAS-A
- IS-A (je) znamená, že trieda je špeciálnym prípadom inej triedy. Vtedy použijeme dedičnosť
- HAS-A (má) znamená, že trieda obsahuje atribút inej triedy. Vzniká kompozíciou alebo agregáciou
- Kompozícia používa atribúty
- Auto je Vozidlo, ale Auto má Motor
- Radšej zvoliť kompozíciu a rozhrania ako dedičnosť

Skúšanie a kontrola vedomostí

Na ďalšej hodine budeme kontrolovať nasledovné veci:

Zapísané poznámky z hodiny vo vašom zošite

Okruhy otázok na test:

Dedičnosť - čo to je
Konštruktory pri dedení
modifikátor prístupu protected
Prekrytie metód - overriding
Zabránenie dedenia - final
IS-A versus HAS-A, dedenie versus kompozícia