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Introduzione alla logica degli oggetti - Lezione 5

Gino Visciano | Skill Factory - 24/11/2018 14:02:07 | in Tutorials

Nelle lezioni precedenti abbiamo parlato di Polimorfismo dei metodi, definendo l'Overload lezione 3 e l'Override lezione 4,   in questa lezione parleremo di Polimorfismo degli oggetti.
Iniziamo intanto a dire che due oggetti si dicono Polimorfi  se sono simili.  Gli oggetti diventano simili quando si verifica uno dei seguenti casi:

1) una classe eredita un'altra classe;
2) più classi implementano la stessa interfaccia.

Nell'esempio seguente, le classi Persona, Dipendente, Manager e Dirigente, sono simili perché si ereditano tra loro:

La classe Persona è la più  generica, mentre la classe Dirigente è la più specializzata.

Nell'esempio seguente, le classi Rettangolo, Triangolo e Cerchio sono simili perché implementano la stessa interfaccia:

 

In C++ l'ereditarietà è multipla, quindi le interfacce non esistono, al loro posto si usano le classi astratte,  il polimorfismo basto sulle intefacce esiste solo in linguaggi di programmazione  come Java e C#, dove l'ereditarietà è singola e le interfacce si usano per superare questo limite.

Quando gli oggetti sono simili, diventano possibili operazioni di questo tipo:

Persona *dirigente=new Dirigente();

oppure

IFiguraGeometrica *triangolo=new Triangolo();

Nel primo esempio abbiamo istanziato un oggetto di tipo Dirigente, ma la variabile (puntatore) che contiene l'indirizzo dell'oggetto creato è di tipo Persona, un tipo molto più generico.
Nel secondo esempio abbiamo istanziato un oggetto di tipo Triangolo, ma la variabile (puntatore) che contiene l'indirizzo dell'oggetto creato è di tipo IFiguraGeometrica, che corrisponde ad una interfaccia oppure una classe astratta.

Questa proprietà degli oggetti simili  è molto utile quando volete passare allo stesso metodo oggetti simili;

COME PASSARE OGGETTI SIMILI AD UN METODO
Il Polimorfismo degli oggetti permette di passare oggetti simili allo stesso metodo, per evitare di creare un metodo per ogni tipo di oggetto da gestire.
Immaginate di voler stampare gli attributi di più oggetti di tipo diverso: Dipendente, Manager e Dirigente.
Senza il polimorfismo dovremmo creare tre metodi diversi:

stampaDipendente(Dipendente dipendente);
stampaManager(Manager manager);
stampaDirigente(Dirigente dirigente);

Invece, sfruttando il polimorfismo, possiamo creare un unico metodo a cui passiamo tutti e tre i tipi di oggetti simili, basta indicare come argomento il tipo più generico, che in questo caso è il Dipendente:

stampa(Dipendente dipendente);

questa sarebbe una semplificazione importante per chi deve stampare, perché dovrebbe ricordare il nome di un solo metodo anzicché tre nomi diversi.

Naturalmente il metodo stampa dovrà essere implementato in modo che riconosca quali sono i tipi di oggetti passati come argomenti e stamaprli in modo corretto.

L'esempio seguente mostra come creare il metodo getInformazioni con C++:

#include <string>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <typeinfo>

using namespace std;

class Persona {
    private:
        string classe;
        string nome;
        string cognome;
        int eta;
    public:
        void setNome(string nome){
            this->nome=nome;
        };
        void setCognome(string cognome){
            this->cognome=cognome;
        };
        void setEta(int eta){
            this->eta=eta;
        };
        string getNome(){
            return nome;
        }
        string getCognome(){
            return cognome;
        }
        int getEta(){
            return eta;
        }
       // getClasse() restituisce il tipo di classe dell'oggetto corrente
   
        string getClasse(){
            return this->classe;
        }

       /******
           setClasse() imposta l'attributo classe uguale al tipo di classe corrente, usando la funzione typeid(*this).name().
           *this è il puntatore che identifica l'oggetto corrente,
setClasse() deve essere virtuale perchè se viene 
           ereditato ,quando è invocato dalla classe derivata, deve comportarsi come se appartenesse ad essa, altrimenti
           il tipo restituito da setClasse() è sempre quello della classe più generica in cui è stato implementato.
       ******/ 

        virtual void setClasse(){
             this->classe=typeid(*this).name();
        }

        Persona(){
             setClasse();
        };
        Persona(string nome, string cognome, int eta){
            this->nome=nome;
            this->cognome=cognome;
            this->eta=eta;
           setClasse();
        }
};

// La classe Dipendente eredita la classe Persona e diventano simili
class Dipendente : public Persona {
    private:
        string ruolo;
        double stipendio;
    public:
        void setRuolo(string ruolo){
            this->ruolo=ruolo;
        };
        string getRuolo(){
            return ruolo;
        }
        void setStipendio(double stipendio){
            this->stipendio=stipendio;
        };
        double getStipendio(){
            return stipendio;
        }
        Dipendente(){
            setClasse(); // Ereditato dalla classe Persona, assegna all'attributo classe il tipo Dipendente
        };
        Dipendente(string nome, string cognome, int eta, string ruolo, double stipendio):Persona(nome, cognome, eta){
            this->ruolo=ruolo;
            this->stipendio=stipendio;
            setClasse(); // Ereditato dalla classe Persona, assegna all'attributo classe il tipo Dipendente
        }
};

// La classe Manager eredita la classe Dipendente e diventano simili, quindi per la proprietà transitiva Manager e simile anche a Persona
class Manager : public Dipendente {
        private:
        string areaResponsabilita;
    public:
        void setAreaResponsabilita(string areaResponsabilita){
            this->areaResponsabilita=areaResponsabilita;
        };
        string getAreaResponsabilita(){
            return areaResponsabilita;
        }
        Manager(){
            setClasse();
        };
        Manager(string nome, string cognome, int eta, string ruolo, double stipendio, string areaResponsabilita):
            Dipendente(nome, cognome, eta, ruolo, stipendio){
            this->areaResponsabilita=areaResponsabilita;
            setClasse();
        }
};

// La classe Dirigente eredita la classe Manager e diventano simili, quindi per la proprietà transitiva Dirigente e simile anche a Dipendente e Persona
class Dirigente : public Manager {
        private:
        string livelloFunzionale;
    public:
        void setLivelloFunzionale(string livelloFunzionale){
            this->livelloFunzionale=livelloFunzionale;
        };
        string getLivelloFunzionale(){
            return livelloFunzionale;
        }
        Dirigente(){
              setClasse(); // Ereditato dalla classe Persona, assegna all'attributo classe il tipo Manager

        }; 
        Dirigente(string nome, string cognome, int eta, string ruolo, double stipendio, string areaResponsabilita,string livelloFunzionale):
            Manager(nome, cognome, eta, ruolo, stipendio,areaResponsabilita){
            this->livelloFunzionale=livelloFunzionale;
            setClasse(); // Ereditato dalla classe Persona, assegna all'attributo classe il tipo Manager
        }
};
 

class GestisciDipendenti {
      public:
            // Il Metodo getInformazioni può ricevere come argomento oggetti di tipo Dipendente oppure oggetti simili di tipo Manager o Dirigente
            string getInformazioni(Dipendente *dipendente){
                       string infoPersona="";
                       stringstream sEta;
                       stringstream sStipendio;
                       string strEta,strStipendio;
                       sEta << dipendente->getEta();
                       sStipendio << dipendente->getStipendio();
                       strEta=sEta.str();
                       strStipendio=sStipendio.str();
                       // Se il puntatore *dipendente è di tipo Dirigente esegue uno static_cast a Dirigente e assegna all'attributo infoPersona le informazioni del Dirigente
                       if(dipendente->getClasse()==typeid(Dirigente).name()){
                          Dirigente *dirigente;
                          dirigente=static_cast<Dirigente *>(dipendente);
                          infoPersona = dirigente->getNome()+","+dirigente->getCognome()+","+strEta+","+dirigente->getRuolo()+","+strStipendio+","+
                          dirigente->getAreaResponsabilita()+","+dirigente->getLivelloFunzionale();
                          // Se il puntatore *dipendente è di tipo Manager esegue uno static_cast a Manager e assegna all'attributo infoPersona le informazioni del Manager
                          } else if(dipendente->getClasse()==typeid(Manager).name()){
                                     Manager *manager;
                                     manager=static_cast<Manager *>(dipendente);
                                     infoPersona = manager->getNome()+","+manager->getCognome()+","+strEta+","+manager->getRuolo()+","+strStipendio+","+
                                                               manager->getAreaResponsabilita();
                         // Se il puntatore *dipendente è di tipo Dipendente  assegna all'attributo infoPersona le informazioni del Dipendente 
                         } else{
                                   infoPersona = dipendente->getNome()+","+dipendente->getCognome()+","+strEta+","+dipendente->getRuolo()+","+strStipendio;
                        }
                        return infoPersona;
            }
};


int main(){
// Istanzio oggetto di tipo Dipendente
Dipendente *dipendente=new Dipendente("Marco","Rossi",30,"Programmatore",100.58);
// Istanzio oggetto di tipo Manager
Manager *manager=new Manager("Franco","Verdi",50,"Direttore Generale",200.58,"CED");
// Istanzio oggetto di tipo Dirigente
Dirigente *dirigente=new Dirigente("Carlo","Bianchi",50,"Direttore Generale",200.58,"CED","F3");
// Istanzio oggetto di tipo GestisciDipendenti che contiene il metodo getInformazioni
GestisciDipendenti *gd=new GestisciDipendenti();
// Dato che gli oggetti di tipo Dipendente, Manger e Dirigente sono Polimorfi (simili), possono essere passati al metodo getInformazioni impostando come
// argomento del metodo il tipo più generico dei tre,  il Dipendente: getInformazioni(Dipendente *dipendente) 
cout << "1) Dipendente" <<endl;
cout << gd->getInformazioni(dipendente) << endl;
cout << "2) Manager" <<endl;
cout << gd->getInformazioni(manager) << endl;
cout << "3) Dirigente" << endl;
cout << gd->getInformazioni(dirigente) << endl;
}

COME CREARE OGGETTI SIMILI ATTRAVERSO L'UTILIZZO D'INTERFACCE O CLASSI ASTRATTE
Le interfacce e le classi astratte sono strutture di programmazione simili,  perché entrambe contengono metodi astratti (non impelmentati) e non possono istanziare oggetti.

Le differenze principali tra loro sono due:

1)  le classi astratte possono contenere anche metodi già implementati, come le normali classi,  le interfacce no, a meno che non state usando Java 8 che permette d'implementare nelle interfacce anche metodi statici o di default;
2) le classi astratte si ereditano, mentre le interfacce s'implementano.

L'uso delle interfacce in alcuni linguaggi di programmazione ad oggetti come Java e C#, è necessario per superare il limite dell'ereditarietà è singola, che non permette di ereditare più classi contemporaneamente, mentre non è necessario in linguaggi di programmazione ad oggetti  dove l'ereditarietà è multipla, come in C++.

In realtà le classi astratte sono pattern (soluzioni applicative), che permettono di creare metodi che usano il risultato di altri metodi, detti astratti, la cui logica (comportamento) verrà implementata in futuro in una classe derivata.

Oggetti che ereditano la stessa classe astratta  oppure implementano la stessa interfaccia  diventano polimorfi, cioè simili.

Immaginate di voler creare un'applicazione specializzata per calcolare il perimetro e l'area delle seguenti figure geometriche:


Le quattro figure geometriche sono simili perché hanno in comune le seguenti caratteristiche:

1) corrispondono tutte ad un tipo di figura geometrica;
2) hanno tutte due coordinate x ed y che identificano la posizione in un piano bidimensionale;
3) hanno tutte un colore;
4) hanno tutte un perimetro ed un'area, che vengono calcolati diversamente per ogni tipo di figura geometrica, quindi devono essere implementati nelle classi di riferimento.

Tutte queste caratteristiche comuni possono essere raggruppate in una  classe astratta  come mostra il Diagramma di Classe seguente:

Successivamente la classe astratta FiguraGeometrica può essere ereditata dalle classi derivate Quadrato, Rettangolo, Triangolo e Cerchio che diventano simili tra loro.
In queste classi dovranno essere implementati i metodi astratti perimetro ed area, come mostra il Diagramma di Classe seguente: 

L'esempio seguente mostra come creare l'applicazione Geometria con C++, la classe FiguraGeometrica è una classe astratta che utilizza il metodo getInformazioni per restituire il perimetro e l'area delle figure geometriche istanziate.

Il metodo getInformazioni può usare i metodi perimetro ed area anche se non sono stati implementati perché sono astratti. Quando i due metodi verranno implementati nelle classi di riferimento forniranno il perimetro e l'area della figura geometrica corrente.

In C++ i metodi astrattti si dichiarano nel modo seguente:

virtual double perimetro()=0;
virtual double area()=0;

 

/*****************************
      Applicazione Geometria.cpp
****************************/

#include <string>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <math.h>

using namespace std;

// Classe che permette di definire la posizione nel piano delle figure geometriche in base alle coordinate x ed y
class Point {
private:
    int x,y;
public:
    Point(int x, int y){
    this->x=x;
    this->y=y;
    }
    getX(){
       return x;}
    getY(){
       return y;}
};

// Classe astratta che raggruppa la informazioni comuni a tutte le figure geometriche
class FiguraGeometrica {
private:
    string tipoFigura;
    Point *posizione;
    string colore;
public:
    string getTipoFigura(){
           return tipoFigura;
           }
    Point * getPosizione(){
           return posizione;
           }
    void setPosizione(Point *posizione){
           this->posizione=posizione;}
    string getColore(){
           return colore;}
    void setColore(string colore){
           this->colore=colore;
    }
    string getInformazioni(){
        stringstream sperimetro;
        stringstream sarea;
        stringstream sx;
        stringstream sy;
        sperimetro << perimetro();
// Utilizzo metodo astratto che verrà implementato successivamente nelle classi derivate
        sarea << area(); // Utilizzo metodo astratto che verrà implementato successivamente nelle classi derivate
        sx << posizione->getX();
        sy << posizione->getY();
        return tipoFigura+", posizione:"+sx.str()+", "+sy.str()+", "+colore+", perimetro:"+sperimetro.str()+", area:"+sarea.str();
    }
    virtual double perimetro()=0;
// Metodo astratto
    virtual double area()=0; // Metodo astratto
    FiguraGeometrica(string tipoFigura,Point *posizione,string colore){
        this->tipoFigura=tipoFigura;
        this->posizione=posizione;
        this->colore=colore;
    }
};

// La classe Quadrato eredita la classe astratta FiguraGeometrica e diventa simile a tutte le altre classi che erediteranno questa classe.
class Quadrato: public FiguraGeometrica {
private:
    double lato;
public:
    double getLato(){
        return lato;
    }
    void setLato(double lato){
        this->lato=lato;
    }
    // Sovrascrittura del metodo perimetro richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere il preimetro del Quadrato
    double perimetro(){
       return lato*4;}
    // Sovrascrittura del metodo area richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere l'area del Quadrato
    double area(){
       return pow(lato,2); // pow = potenza(base,esponete)
    }
    Quadrato(double lato,Point *posizione,string colore):FiguraGeometrica("Quadrato", posizione, colore){
        this->lato=lato;
    }
};

// La classe Rettangolo eredita la classe astratta FiguraGeometrica e diventa simile a tutte le altre classi che erediteranno questa classe.
class Rettangolo: public FiguraGeometrica {
private:
    double latoMinore;
    double latoMaggiore;
public:
    double getLatoMinore(){
        return latoMinore;
    }
    void setLatoMinire(double latoMinore){
        this->latoMinore=latoMinore;
    }
    double getLatoMaggiore(){
        return latoMaggiore;
    }
    void setLatoMaggiore(double latoMaggiore){
        this->latoMaggiore=latoMaggiore;
    }
    // Sovrascrittura del metodo perimetro richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere il preimetro del Rettangolo
    double perimetro(){
       return (latoMinore+latoMaggiore)*2;}
    // Sovrascrittura del metodo area richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere l'area del Rettangolo
    double area(){
       return latoMinore*latoMaggiore;
    }
    Rettangolo(double latoMinore,double latoMaggiore, Point *posizione,string colore):FiguraGeometrica("Rettangolo", posizione, colore){
        this->latoMinore=latoMinore;
        this->latoMaggiore=latoMaggiore;
    }
};

// La classe Triangolo eredita la classe astratta FiguraGeometrica e diventa simile a tutte le altre classi che erediteranno questa classe.
class Triangolo: public FiguraGeometrica {
private:
    double latoPrimo;
    double latoSecondo;
    double latoTerzo;
public:
    double getLatoPrimo(){
        return latoPrimo;
    }
    void setLatoPrimo(double latoPrimo){
        this->latoPrimo=latoPrimo;
    }
    double getLatoSecondo(){
        return latoSecondo;
    }
    void setLatoSecondo(double latoSecondo){
        this->latoSecondo=latoSecondo;
    }
    double getLatoTerzo(){
        return latoTerzo;
    }
    void setLatoTerzo(double latoTerzo){
        this->latoTerzo=latoTerzo;
    }
    // Sovrascrittura del metodo perimetro richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere il preimetro del Triangolo
    double perimetro(){
       return latoPrimo+latoSecondo+latoTerzo;
       }
    // Sovrascrittura del metodo area richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere l'area del Triangolo
    double area(){
       // Formula di Erone
       double semiPerimetro=perimetro()/2;
       return sqrt(semiPerimetro*(semiPerimetro-latoPrimo)*(semiPerimetro-latoSecondo)*(semiPerimetro-latoTerzo));
    }
    Triangolo(double latoPrimo,double latoSecondo,double latoTerzo, Point *posizione,string colore):FiguraGeometrica("Triangolo", posizione, colore){
        this->latoPrimo=latoPrimo;
        this->latoSecondo=latoSecondo;
        this->latoTerzo=latoTerzo;
    }
};

// La classe Cerchio eredita la classe astratta FiguraGeometrica e diventa simile a tutte le altre classi che erediteranno questa classe.
class Cerchio: public FiguraGeometrica {
private:
    double raggio;
public:
    double getRaggio(){
        return raggio;
    }
    void setRaggio(double raggio){
        this->raggio=raggio;
    }
    // Sovrascrittura del metodo perimetro richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere il preimetro del Cerchio
    double perimetro(){
       return raggio*M_PI*2;} // M_PI = PI GRECO
    // Sovrascrittura del metodo area richiamato dal metodo getInformazioni ereditato dalla classe FiguraGeometrica per ottenere l'area del Cerchio

    double area(){
       return pow(raggio,2)*M_PI; // M_PI = PI GRECO, pow = potenza(base,esponete)
    }
    Cerchio(double raggio,Point *posizione,string colore):FiguraGeometrica("Cerchio", posizione, colore){
        this->raggio=raggio;
    }
};

int main() {
// Posizione Quadrato
Point *pointQuadrato=new Point(10,20);
// Quadrato(lato, posizione, colore)
Quadrato *quadrato=new Quadrato(25,pointQuadrato,"verde");
// Posizione Rettangolo
Point *pointRettangolo=new Point(60,80);
// Rettangolo(latoMinore, latoMaggiore, posizione, colore)
Rettangolo *rettangolo=new Rettangolo(25,40,pointRettangolo,"Blu");
// Posizione Trianangolo
Point *pointTriangolo=new Point(100,150);
// Triangolo(latoPrimo, latoSecondo, latoTerzo, posizione, colore)
Triangolo *triangolo=new Triangolo(40,30,20,pointTriangolo,"Rosso");
// Posizione Cerchio
Point *pointCerchio=new Point(100,150);
// Cerchio(lraggio, posizione, colore)
Cerchio *cerchio=new Cerchio(40,pointCerchio,"Grigio");
cout << quadrato->getInformazioni() << endl;
cout << rettangolo->getInformazioni() << endl;
cout << triangolo->getInformazioni() << endl;
cout << cerchio->getInformazioni() << endl;
}

Nella prossima lezione parleremo di Collection.


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Laboratori di Logica di Programmazione in C

 

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