4.3 Luokan käyttö

Luvussa 4.1 tutustuttiin ideatasolla luokan ja olion käyttöön mallinnuksessa ja abstraktin tietotyypin toteuttamisessa. Tämä luku kertaa vanhoja ja esittelee uusia luokan käyttötapoja. Pääpaino on uusissa tavoissa.

• Luokka ja olio mallinnuksessa
• Luokka abstraktin tietotyypin toteutuksena
• Luokka tietueena
• Linkitetyt rakenteet
• Luokka ohjelmakirjastona
• Luokka "vanhanaikaisena" ohjelmana

Luokka ja olio mallinnuksessa

Ja:
Olioajattelu voidaan nähdä mallintamisena, jossa luokka vastaa jotakin yleiskäsitettä... Luokan ilmentymä on jokin erityinen olio, joka kuuluu tuohon luokkaan.

Jos tehtävänä olisi vaikkapa ratkoa luentokurssin jotakin tietojenkäsittelytehtävää, ongelmakentästä voitaisiin yrittää löytää olioita seuraavasti:

• Yksi keskeinen luokka on Opiskelija. Jokaisella luokan ilmentymällä on nimi, henkilötunnus, harjoitusryhmä, merkittyjä harjoitustehtäviä, koepisteet, arvosana, ... Opiskelija osallistuu harjoituksiin ja kokeeseen.
• Luokan Opettaja kenttiä ovat nimi, harjoitusryhmät, ... Opettaja kirjaa tehtäviä tehdyiksi, lisää koepisteitä, antaa arvosananmääräytymisperusteita, ...
• Kurssi on luokka, jossa on opiskelijoita, opettajia, luennoija, ... Kurssin operaatioita ovat vaikkapa tarkistuslistojen generointi, lopputulosten laskenta, tulosten vahvistaminen, ...
• ...

Luokka abstraktin tietotyypin toteutuksena

Kirjoitin luvussa 4.1:
... tietorakenteen toteutus ja käyttö eristetään toisistaan. Tietorakenteen käyttäjä tuntee vain operaatioita, joilla (abstraktin) tietorakenteen tilaa muutetaan ja kysytään. Tietorakenteen toteuttaja puolestaan ei ota kantaa siihen, mihin tietorakennetta käytetään. Käyttäjää ja toteuttajaa yhdistää pelkästään sopimus siitä, mitä operaatiot (abstraktissa) tietorakenteessa saavat aikaan. Usein tietorakenteen toteutuksen piilottamista kutsutaan kapseloinniksi.

Abstraktin tietotyypin voi rakentaa olio-ohjelmoinnin välinein seuraavasti:

• tietotyyppi toteutetaan luokkana, joka kätkee tietojen esitystavan konkreettisen toteutuksen ja tarjoaa joukon operaatioita, joilla kätkettyä esitystä voi säädellysti käyttää
• tietotyypin käyttäjä luo luokasta ilmentymiä ja käyttää niitä operaatioiden avulla, toteutus on piilossa.

Luokka tietueena

Tietueen idea on, että muuttujalla on ns. kenttiä: alimuuttujia, joiden tyypit voivat olla keskenään erilaisia (vrt. taulukkotyyppiin, joka kokoaa yhteen muuttujaan keskenään samantyyppisiä alimuuttujia).

Tietueen ja sen kenttien käyttöön liittyy usein erilaisia operaatioita, jotka on luontevaa rakentaa itse luokkaan. Tällöin päädytään "tavalliseen" luokkaan. Luokan käyttö tietueena saattaa olla merkki huonosta ohjelmansuunnittelusta!

Esimerkki: Laaditaan henkilötietue, jossa on kenttä henkilön nimelle, pituudelle ja iälle.

  public class Henkilo {
     public String nimi;
     public double pituus;
     public int ika;
  }
  ...

  Henkilo pomo = new Henkilo();
  Henkilo sihteeri = new Henkilo();

  pomo.nimi = "Maija";
  pomo.pituus = 163;
  pomo.ika = 24;

  sihteeri.nimi = "Pekka";
  sihteeri.pituus = 184;
  sihteeri.ika = 48;

  Henkilo paasihteeri = sihteeri;
  ++paasihteeri.ika;

  // sihteerikin vanhentui!

Esimerkki: Lukupari (esim. tason piste, kompleksiluku, yms.) voidaan toteuttaa tietueena vaikkapa seuraavasti:

  public class Pari {
    public double x, y;

    public Pari(double x, double y) {
      this.x = x;
      this.y = y;
    }
  }

...

  Pari a = new Pari(3.14, -7);
  Pari b = new Pari(0.23, 10.1);
  Pari c = new Pari(0,0);

  c.x = a.x + b.y;
  c.y = a.y + b.x;

  // Mitä tekee a = b; ?

Koska Javassa luokilla on ns. oletuskonstruktori (ks. seur. luku), lukuparin voi toteuttaa vieläkin yksinkertaisemminkin:

  public class Pari {
    public double x, y;
  }

...

  Pari a = new Pari();
  Pari b = new Pari();
  Pari c = new Pari(); 

  a.x = 3.14; a.y = -7;
  b.x = 0.23; b.y = 10.1;
  c.x = a.x + b.y;
  c.y = a.y + b.x;

  System.out.println(a + " " + b + " " + c);

Pari@80ca74b Pari@80ca74c Pari@80ca74d

  public class Pari {
    public double x, y;

    public String toString() {
      return "("+x+","+y+")";
    }
  }

  (3.14,-7.0) (0.23,10.1) (13.24,-6.77)

Linkitetyt rakenteet

Ns. linkitetty lista voidaan toteuttaa seuraavasti:

  public class Lista {
    int tieto;
    Lista linkki;
  }
  ...
  Lista p = new Lista();
  p.tieto = 7;
  p.linkki = new Lista();
  p.linkki.tieto = 3;
  p.linkki.linkki = new Lista();
  p.linkki.linkki.tieto = 19;

  for(Lista q=p; q!=null; q=q.linkki)
    System.out.println(q.tieto); 

public class Lista {

  public int tieto;
  private Lista linkki;

  public void lisaaAlkuun(int tieto) {
    ...
  }
  public void lisaaLoppuun(int tieto) {
    ...
  }
  public Lista annaSeuraava() {
    ...
  }
  // jne., jne, ...

}
  // käyttöä:
  ...
  Lista p = new Lista();
  p.lisaaAlkuun(7);
  p.lisaaLoppuun(7);
  p.lisaaLoppuun(19);
  ...

Luokka ohjelmakirjastona

Kentät ja metodit määritellään luokkakohtaisina: static. Käyttäjälle tarjotut ovat public, apuvälineet private.

Tarvittaessa kenttiä voi alustaa staattisella alustuslohkolla.

Kirjastoluokka on syytä määritellä final-määreellä. Tällöin luokkaa ei voi periä (kts. kappale 4.4). Kun luokkaan lisäksi määritellään yksityinen (private) konstruktori, luokasta ei voi luoda myöskään ilmentymiä!

Esimerkki:

public final class EsimKirjasto {

  private EsimKirjasto() { } // ilmentymien esto!!

  // vakioita:

  public static final double VAKIO = 123.456;  // julkinen vakio
  private static int SALAVAKIO = 13;           // yksityinen vakio

  // kirjastometodeja:

  public static int randomInt(int max) {   // arvotaan kokonaisluku väliltä [1..max]
    return (int)(Math.random()*max) + 1;
  }

  public static char randomChar() {   // koodit 34-126  ('"'-'~')
    return (char)(randomInt(93)+33);  // käytetään omaa randomInt-metodia
  }

  public static void onnittele(String nimi, int montakoKertaa) {
    if (montakoKertaa == SALAVAKIO)
      System.out.println("Ähäkutti " + nimi + "!");
    else
      for (int i=0; i<montakoKertaa; ++i)
        System.out.println("Onnea " + nimi + "!");
  }
}

// kirjaston käyttöä:

for (int i=10; i<20; ++i)
  System.out.println(EsimKirjasto.randomChar()+" "+EsimKirjasto.randomInt(i));

EsimKirjasto.onnittele("Maija", 7);
EsimKirjasto.onnittele("Matti",13);

Luokka "vanhanaikaisena" ohjelmana

public class Ohjelma{

  // "globaalit vakiot ja muuttujat":

  static final int KOKO = 10;
  static int luku, indeksi;
  static double[] taulu = new double[KOKO];

  // "proseduurit" tai "void-funktiot":

  static void arvoluvut(int skaalaus) {
    for (int i=0; i<KOKO; ++i) 
      taulu[i] = Math.random()*skaalaus;
  }

  static void tervetuloa() {
    System.out.println("   Tervetuloa\n"
                      +"   ==========");
  }

  // "funktiot" tai "arvon palauttavat funktiot":

  static double siniToiseen(double argu) {
    return Math.sin(argu)*Math.sin(argu);
  }

  // "pääohjelma":

  public static void main(String[] args) {
    tervetuloa();
    arvoluvut(14);
    for (int i=0; i<KOKO; ++i)
       System.out.println(siniToiseen(taulu[i]));
  }
}

Takaisin luvun 4 sisällysluetteloon.