Відносини між класами. Спадкування, композиція та агрегування

Вітання! Сьогодні ми докладно розглянемо ще один принцип об'єктно-орієнтованого програмування (ООП) – успадкування. Заодно вивчимо інші типи відносин між класами - композицію та агрегування. Ця тема не буде складною: ти вже багато разів стикався з наслідуванням та його прикладами у минулих лекціях. Сьогодні головним буде закріпити твої знання, детальніше розглянути механізм успадкування та ще раз пробігтися за прикладами:) Отже, поїхали!

Спадкування в Java та його переваги

Як ти, напевно, пам'ятаєш, спадкування (inheritance) — механізм, який дозволяє описати новий клас на основі існуючого (батьківського). При цьому властивості та функціональність батьківського класу запозичуються новим класом. Давай згадаємо приклад успадкування з попередніх лекцій:

public class Car {

   private String model;
   private int maxSpeed;
   private int yearOfManufacture;

   public Car(String model, int maxSpeed, int yearOfManufacture) {
       this.model = model;
       this.maxSpeed = maxSpeed;
       this.yearOfManufacture = yearOfManufacture;
   }


public void gas() {
       //...газ
   }

public void brake() {
       //...гальмо
   }
}


public class Truck extends Car {

   public Truck(String model, int maxSpeed, int yearOfManufacture) {
       super(model, maxSpeed, yearOfManufacture);
   }
}



public class Sedan extends Car {
   public Sedan(String model, int maxSpeed, int yearOfManufacture) {
       super(model, maxSpeed, yearOfManufacture);
   }
}

Є програма, в рамках якої ми працюємо з різними типами автомобілів. Навіть якщо ти не автолюбитель, напевно знаєш, що типів цих самих автомобілів у світі безліч :) Тому загальні властивості автомобілів виділяємо в загальний клас-батьок - Car. А що спільного у всіх автомобілів, незалежно від типу? Будь-яка машина має рік випуску, назву моделі та максимальну швидкість. Ці властивості виносимо у поля model, maxSpeed, yearOfManufacture. Що стосується поведінки, будь-яка машина може газувати та гальмувати :) Цю поведінку ми визначаємо в методах gas()і brake(). Які вигоди нам це дає? Насамперед — скорочення обсягу коду. Звичайно, можемо обійтися без батьківського класу. Але оскільки кожна машина повинна вміти газувати та гальмувати, нам доведеться створювати методи.gas()й brake()у класі Truck, у класі Sedan, у класі F1Car, класі Sportcarй у всіх інших класах машин. Уяви, скільки зайвого коду ми при цьому напишемо. Не забувай і про поля model, maxSpeed ​​і yearOfManufacture: якщо відмовимося від батьківського класу, будемо створювати їх у кожному з класів-машин! Коли у нас набереться пара десятків класів-машин, обсяг коду, що повторюється, стане дійсно серйозним. Винесення загальних полів та методів (ще кажуть — «стану» та «поведінки») до класу-батька дозволить нам заощадити купу часу та місця. Якщо ж якийсь тип має властивості або методи, унікальні тільки для нього і відсутні в інших типів машин, — не біда. Їх завжди можна створити в класі-нащадку, окремо від решти.

public class F1Car extends Car {

   public void pitStop() {

       //...піт-стоп роблять тільки гоночні автомобілі
   }

   public static void main(String[] args) {

       F1Car formula1Car = new F1Car();
       formula1Car.gas();
       formula1Car.pitStop();
       formula1Car.brake();
   }
}

Візьмемо випадок із гоночними машинами Формули-1. Вони, на відміну «родичів», є унікальне поведінка — іноді вони заїжджають на піт-стоп. Нам це не заважає. Загальну поведінку ми вже описали в батьківському класі Car, а специфічну поведінку класів-нащадків можемо додати усередині класів. Це стосується і полів: якщо у дочірнього класу є унікальні властивості, спокійно оголошуємо ці поля всередині нього і не переживаємо :) Можливість повторного використання коду – головна перевага спадкування. Для програміста дуже важливо не писати зайвого обсягу коду. Ти не раз зіткнешся з цим у роботі. Будь ласка, запам'ятай ще одну вкрай важливу річ: Java не має множинного успадкування.Кожен клас успадковується лише від одного класу. Про причини цього докладніше поговоримо у майбутніх лекціях, поки просто запам'ятай. Цим Java, до речі, відрізняється від інших ООП-мов. Наприклад, у С++ множинне успадкування є. З успадкуванням все більш-менш зрозуміло — йдемо далі.

Композиція та агрегування

Класи та об'єкти можуть бути пов'язані один з одним. Спадкування описує зв'язок «є» (або англійською «IS A»). Лев є Тваринним. Таке ставлення легко висловити за допомогою успадкування, де Animalбуде батьківським класом, а Lionнащадком. Однак не всі зв'язки в світі описуються таким чином. Наприклад, клавіатура безумовно якось пов'язана з комп'ютером, але вона не є комп'ютером . Руки якось пов'язані з людиною, але вони не є людиною. У цих випадках в його основі лежить інший тип відношення: не є, а є частиною (HAS A). Рука не є людиною, але є частиною людини. Клавіатура не є комп'ютером, але є частиною комп'ютера. Відносини HAS A можна описати в коді, використовуючи механізми композиції таагрегування . Різниця між ними полягає у «суворості» цих зв'язків. Наведемо простий приклад: У нас є наша Carмашина. Кожна машина має двигун. Крім того, кожна машина має пасажирів усередині. У чому принципова різниця між полями Engine engineі Passenger [] passengers? Якщо у машини всередині сидить пасажир А, це не означає, що в ній не можуть перебувати Bпасажири C. Одна машина може відповідати кільком пасажирам. Крім того, якщо всіх пасажирів висадити із машини, вона продовжить спокійно функціонувати. Зв'язок між класом Carта масивом пасажирів Passenger [] passengersменш суворий. Вона називається агрегацією . Є непогана стаття з цієї теми: Відносини між класами (об'єктами). У ній наведено ще один добрий приклад агрегації. Припустимо, у нас є клас Student, який позначає студента, та клас StudentsGroup(група студентів). Студент може входити і до клубу любителів фізики, і до студентського фан-клубу «Зоряних війн» або команди КВК. Композиція - суворіший тип зв'язку. При використанні композиції об'єкт не тільки є частиною якогось об'єкта, але й не може належати до іншого об'єкта того ж типу. Найпростіший приклад – двигун автомобіля. Двигун є частиною автомобіля, але може бути частиною іншого автомобіля. Як бачиш, їх зв'язок набагато суворіший, ніж у Carі Passengers.