Polimorfizm i nadpisywanie

– Amigo, czy lubisz wieloryby?

– Wieloryby? Nie, nigdy o nich nie słyszałem.

– No wiesz, takie jak krowy, tylko większe i pływają. Nawiasem mówiąc, wieloryby pochodzą od krów. A przynajmniej mają wspólnego przodka. Mniejsza z tym.

– Słuchaj. Chciałbym Ci opowiedzieć o kolejnym, potężnym narzędziu OOP: polimorfizmie. Charakteryzuje się ono czterema cechami.

1) Nadpisywanie metod.

Wyobraź sobie, że napisałeś klasę "Cow" na potrzeby pewnej gry. Ma ona wiele części składowych i metod. Obiekty tej klasy mogą robić przeróżne rzeczy: chodzić, jeść czy spać. Jakby tego było mało, to poruszające się krowy dzwonią jeszcze dzwoneczkami. Załóżmy, że wszystko, co do najmniejszego szczegółu, już w tej klasie zostało zaimplementowane.

Wtedy nagle okazuje się, że klient chce wypuścić kolejny poziom gry, tylko tym razem jej akcja ma toczyć się na morzu, a główny bohater będzie wielorybem.

Zaczynasz zatem projektować klasę Whale i zdajesz sobie sprawę, że tylko nieznacznie różni się ona od klasy Cow. Obie klasy korzystają z bardzo podobnej logiki i decydujesz się użyć dziedziczenia.

Klasa Cow jest idealnie dopasowana do klasy macierzystej: posiada już wszystkie niezbędne zmienne i metody. Jedyne, co musisz zrobić, to dodać wielorybowi umiejętność pływania. I wtedy pojawia się problem: Twój wieloryb ma nogi, rogi i dzwoneczek! Klasa Cow implementuje przecież również i te funkcjonalności. Co możesz zrobić w takiej sytuacji?

Oto na ratunek przybywa nadpisywanie metod. Jeżeli dziedziczymy metodę, która nie robi dokładnie tego, czego potrzebujemy w naszej nowej klasie, to możemy zastąpić ją inną metodą.

Jak to się robi? W naszej klasie pochodnej deklarujemy metodę, którą chcemy zmienić (z taką samą sygnaturą metody jak w klasie macierzystej). A następnie piszemy dla tej metody nowy kod. To wszystko. To tak, jakby dawna metoda klasy macierzystej nie istniała.

Oto, jak to działa:

class Cow
{
public void printColor()
{
System.out.println("Jestem białego koloru");
}
public void printName()
{
System.out.println("Jestem krową");
}
}class Whale extends Cow
{
public void printName()
{
System.out.println("Jestem wielorybem");
}
}

public static void main(String[] args)
{
Cow cow = new Cow();
cow.printName();
}

public static void main(String[] args)
{
Whale whale = new Whale();
whale.printName();
}

Następnie dziedziczy Cow i nadpisuje printName, więc klasa Whale zawierać będzie następujące dane i metody:

class Whale
{
public void printColor()
{
System.out.println("Jestem białego koloru");
}
public void printName()
{
System.out.println("Jestem wielorybem");
}
}

– Szczerze mówiąc, właśnie tego się spodziewałem.

2) Ale to nie wszystko.

– Załóżmy, ze klasa Cow posiada printAll, czyli metodę, która wywołuje dwie pozostałe metody. Kod będzie wtedy działał w następujący sposób:

Na ekranie wyświetli się:
Jestem białego koloru
Jestem wielorybem

class Cow
{
public void printAll()
{
printColor();
printName();
}
public void printColor()
{
System.out.println("Jestem białego koloru");
}
public void printName()
{
System.out.println("Jestem krową");
}
}

class Whale extends Cow
{
public void printName()
{
System.out.println("Jestem wielorybem");
}
}

public static void main(String[] args)
{
Whale whale = new Whale();
whale.printAll();
}

Zauważ, że kiedy metoda printAll () klasy Cow jest wywoływana na obiekcie Whale, to zostaje użyta metoda printName() klasy Whale, a nie klasy Cow.

Liczy się nie klasa, w której metoda została napisana, tylko typ (klasa) obiektu, na którym metoda jest wywoływana.

– Rozumiem.

– Możesz dziedziczyć i nadpisywać tylko metody niestatyczne. Metody statyczne nie są dziedziczone i nie mogą być nadpisywane.

A oto, jak wygląda klasa Whale, kiedy zastosujemy dziedziczenie i nadpiszemy metody:

class Whale
{
public void printAll()
{
printColor();
printName();
}
public void printColor()
{
System.out.println("Jestem białego koloru");
}
public void printName()
{
System.out.println("Jestem wielorybem");
}
}

3) Rzutowanie typów.

Jest jeszcze jedna ciekawa kwestia. Ponieważ klasa dziedziczy wszystkie metody i dane jej klasy macierzystej, to obiektem tej klasy mogą być zmienne, do których przypisane są odniesienia do klasy macierzystej (i klasy macierzystej tej klasy macierzystej itd, aż do klasy Object). Przeanalizuj ten przykład:

public static void main(String[] args)
{
Whale whale = new Whale();
whale.printColor();
}

public static void main(String[] args)
{
Cow cow = new Whale();
cow.printColor();
}

public static void main(String[] args)
{
Object o = new Whale();
System.out.println(o.toString());
}

– Brzmi dobrze. Ale właściwie, czy to jest nam do czegoś potrzebne?

– To niezwykle przydatna funkcja. Później zrozumiesz, że jest ona naprawdę bardzo, bardzo ważna.

4) Późne wiązanie (dynamiczne przydzielanie).

Oto, jak to wygląda:

public static void main(String[] args)
{
Whale whale = new Whale();
whale.printName();
}

public static void main(String[] args)
{
Cow cow = new Whale();
cow.printName();
}

Zauważ, że to nie typ zmiennej determinuje, którą konkretną metodę printName wywołamy (tę z klasy Cow czy klasy Whale), ale raczej typ obiektu, do którego odnosi się ta zmienna.

Zmienna Cow przechowuje referencję do obiektu Whale, zostanie zatem wywołana metoda printName zdefiniowana w klasie Whale.

– Cóż, to tłumaczenie nie sprawia, że jest to bardziej zrozumiałe.

– Zgadzam się, to wcale nie jest takie oczywiste. Pamiętaj o jednej ważnej zasadzie.

Zestaw metod, które wywołujesz na zmiennej, jest determinowany przez typ zmiennej. Ale to, która konkretna metoda/implementacja zostanie wywołana, jest determinowane przez typ/klasę obiektu, do którego odnosi się zmienna.

– Spróbuję zapamiętać.

– Będziesz się ciągle z tym spotykał, więc szybko to zapamiętasz i zrozumiesz.

5) Rzutowanie typów.

Rzutowanie w odniesieniu do typów referencji działa inaczej, niż do typów prostych. A jednak, konwersji rozszerzającej i zawężającej można używać także w stosunku do typów referencji. Przeanalizuj ten przykład:

Cow cow = new Whale();

Cow cow = new Whale();
if (cow instanceof Whale)
{
Whale whale = (Whale) cow;
}

Cow cow = new Cow();
Whale whale = (Whale) cow; //wyjątek

6) A teraz będzie coś fajnego. Wywoływanie pierwotnej metody.

Czasami, podczas nadpisywania dziedziczonej metody, nie chcesz jej zastąpić całkowicie. Czasem chcesz po prostu coś do niej dodać.

W tym przypadku potrzebujesz, aby kod nowej metody wywoływał tę samą metodę, ale na klasie bazowej. I w Javie możesz tak zrobić. Używasz do tego: super.method().

Oto kilka przykładów:

class Cow
{
public void printAll()
{
printColor();
printName();
}
public void printColor()
{
System.out.println("Jestem białego koloru");
}
public void printName()
{
System.out.println("Jestem krową");
}
}

class Whale extends Cow
{
public void printName()
{
System.out.print("To nieprawda: ");
super.printName();

System.out.println("Jestem wielorybem");
}
}

public static void main(String[] args)
{
Whale whale = new Whale();
whale.printAll();
}

– Hmm. To dopiero była lekcja! Moje robocie uszy prawie się stopiły.

– Tak, to nie jest prosty temat. To jedno z najtrudniejszych zagadnień, jakie spotkasz. Profesor zadeklarował, że da Ci linki do materiałów innych autorów, więc jeśli nadal czegoś nie rozumiesz, możesz to nadrobić.