Session 3 Polymorphism and Dynamic Binding

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Session 3Polymorphism and Dynamic Binding
Übung Softwareentwicklung 2für
Wirtschaftsinformatik
Dr. Ismail Khalil Ibrahim, MSc.,Dr. Wieland
Schwinger, MSc.,
Object-Oriented Programming and Java, Danny C.C.
Poo and Derek B.K. Kiong, Springer, 1998
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Polymorphism

• Polymorphic of many forms
• Webster's Dictionary about "polymorphic"
• the quality or state of being able to assume
  different forms as a existence of a species
  in several forms independent of the variations of
  sex b the property of crystallizing in two or
  more forms with distinct structure
• A polymorphic method is one that has the same
  name for different classes of the same family but
  has different implementations for the various
  classes

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Overloading methods Constructors

• Overloading refers to the ability to allow
  different methods or constructors of a class to
  share the same name
• If two methods or constructors in the same class
  have different signatures, then they may share
  the same name
• Method Signature
• void move(int x, int y) move(int, int)
• void move(double x, double y)
  move(double, double)
• boolean move(int x, int y)
  move(int, int)
• Methods of different classes can have the same
  signature

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An example - Point class
class Point private double x, y public
Point() x 0.0 y 0.0 public
Point(double x, double y) this.x x
this.y y public double distance(Point
other) double dx this.x - other.x
double dy this.y - other.y return
Math.sqrt(dx dx dy dy) public double
distance(double x, double y) double dx
this.x - x double dy this.y - y
return Math.sqrt(dx dx dy dy)
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Example cont.

• when an overloaded method is called, the number
  and the types of the arguments are used to
  determine the method that will be invoked

Point p1 new Point() Point p2 new
Point(20.0, 30.0) p2.distance(p1) p2.distance(50
.0, 60.0)
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Subtypes

• A subclass is a specialization of its superclass
• Every instance of the subclass is an instance of
  the superclass
• The type defined by the subclass is a subtype of
  the type defined by its superclass

Shape
Shape
Square
Circle
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Rule of Subtype

• A value of a subtype can appear wherever a value
  of its supertype can appear
• If class E extends class B, any instance of E can
  act as an instance of B

class Shape class Circle extends Shape
class Square extends Shape Shape
shape1, shape2 shape1 new Circle() shape2
new Square()
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Static vs dynamic binding

• Binding refers to the association of a method
  invocation and the code to be executed on behalf
  of the invocation.
• In static binding (early binding), all the
  associations are determined at compilation time.
• conventional function calls are statically bound
• In dynamic binding (late binding), the code to be
  executed in response to a method invocation
  (i.e., a message) will not be determined until
  runtime.
• method invocations to reference variable
  shapeArrayi (in the following example) are
  dynamically bound

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Polymorphism

• The ability of different objects to perform the
  appropriate method in response to the same
  message is known as polymorphism
• The selection of the appropriate method depends
  on the class used to create the object

name getName( ) calculateArea( )
Shape
side calculateArea( )
radius calculateArea( )
Square
Circle
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Example
// Object-Oriented Programming and Java, // Danny
C.C. Poo and Derek B.K. Kiong, Springer, 1998) //
To illustrate the concept on dynamic binding, //
overriding and overloading class Shape
private String name public Shape(String aName)
nameaName public String getName( )
return name public float calculateArea( )
return 0.0f // End Shape class
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Example cont.,
class Circle extends Shape private float
radius public Circle(String aName)
super(aName) radius 1.0f public
Circle(String aName, float radius)
super(aName) this.radius radius public
float calculateArea() return (float)3.14fradiu
sradius // End Circle class
class Square extends Shape private float
side public Square(String aName)
super(aName) side 1.0f public
Square(String aName, float side)
super(aName) this.side side public
float calculateArea() return (float) sideside
// End Square class
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Example cont.,
public class ShapeDemoClient public static
void main(String argv ) Shape c1 new
Circle("Circle C1") Shape c2 new
Circle("Circle C2", 3.0f) Shape s1 new
Square("Square S1") Shape s2 new
Square("Square S2", 3.0f) Shape shapeArray
c1, s1, c2, s2 for (int i 0 i lt
shapeArray.length i)
System.out.println("The area of "
shapeArrayi.getName()
" is " shapeArrayi.calculateArea()
" sq. cm.") // End
main // End ShapeDemoClient1 class
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Polymorphism

• Polymorphism is possible because of
• inheritance subclasses inherit attributes and
  methods of the superclass.
• public class Circle extends Shape
• method overriding subclasses can redefine
  methods that are inherited from the superclass
• public class Shape
• public float calculateArea( ) return 0.0f
• public class Circle extends Shape
• public float calculateArea( ) return (float)
  3.14fradiusradius

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Polymorphism

• rule of subtype reference variables of
  superclass can be used to refer object instances
  of its subclasses
• Shape c new Circle(Circle C)
• Shape s new Square(Square S)
• Shape shapeArray c, s,
• dynamic binding method invocations are bound to
  methods during execution time
• for(int i 0 i lt shapeArray.lenth i)
• shapeArrayi.calculateArea()

Circle
shapeArray
Square
c
s
Square
Triangle
Rectangle
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Incremental development

• adding new class is made easy with inheritance
  and polymorphism

name getName( ) calculateArea( )
Shape
base height calculateArea( )
Triangle
Circle
Square
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Example
class Triangle extends Shape private float
base, height public Triangle(String aName)
super(aName) base 1.0f height 1.0f
public Triangle(String aName, float base,
float height) super(aName) this.base
base this.height height public float
calculateArea() return (float)
0.5fbaseheight // End Triangle class
public class ShapeDemoClient public static
void main(String argv ) Shape t
new Triangle(Triangle T, 4.0f, 5.0f)
Shape shapeArray c1, s1, c2, s2, t
for (int i 0 i lt shapeArray.length i)
System.out.println("The area of "
shapeArrayi.getName() " is "
shapeArrayi.calculateArea() " sq. cm.")
// End main // End ShapeDemoClient class
extension of array by one triangle
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Increased code readability

• polymorphism also increases code readability
  since the same message is used to call different
  objects to perform the appropriate behavior.
• versus

for (i 0 i lt numShapes i) switch
(shapeTypei) c calculateCircleArea(
) break s calculateSquareArea( )
break
bad style!
for(int i 0 i lt shapeArray.lenth i)
shapeArrayi.calculateArea( )
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Design Hints

• use polymorphism, not type information whenever
  you find the code of the form
• if (x is of type 1)
• action1(x)
• else if (x is of type 2)
• action2(x)

action( )
XType
XType1
XType2
action( )
action( )
x.action( )
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Design Hints

• move common behavior to the superclass
• to floodfill a shape means to do the following
• - plot the outline of the shape
• - if it isnt a closed shape, give up
• - find an interior point of the shape
• - fill the shape
• these common behaviors can be put into the
  superclass Shape

abstract class Shape public boolean
floodfill(GraphicsPanel aPanel, Color aColor)
plot(aPanel) if ( ! isClosed( ) ) return
false Point aPoint center( )
aPanel.fill(aPoint.getX( ), aPoint.getY( ),
aColor) return true
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Design Hints

• subclasses merely need to redefine plot( ),
  isClosed( ), and center( ).

Floodfill( ) plot( ) isClosed( ) center( )
Shape
plot( ) isClosed( ) center( )
Triangle
Square
Circle
Shape c new Circle(Circle C) Shape s new
Square(Square S) Shape t new
Triangle(Triangle T) Shape shapeArray c,
s, t for (int i 0 i lt shapeArray.length
i) shapeArrayi.floodfill(aPanel,
aColor)
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Selbsttest

• Angenommen die Klasse Bird hat eine Methode fly()
  und es gibt eine davon abgeleitete Klasse Ostrich
  (Strauß), deren Objekte nicht fliegen können
  sollen.Was kann man da tun?

• ... die Methode fly mit einer leeren Methode
  überschreiben (oder man wirft in dieser Methode
  eine CannotFly-Exception)
• ... zwei neue Klassen einführen eine für
  Laufvögel (RunningBird) und eine für Flugvögel
  (FlyingBird), wobei nur FlyingBird eine Methode
  fly hat. Die Basisklasse von beiden ist Bird
  (ohne fly)

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Selbsttest

• Welche Methodenaufrufe erfordern dyn. Bindung? Wo
  ist stat. Bindung möglich?
• class B extends A
• B () this(3) // 1)
• B (int x) super(x) // 2)
• void k (int f)
• o() // 3)
• super.k(f - 1) // 4)
• A a new B()
• B b new B()
• a.m() // 5)
• b.m() // 6)
• final void m () ...

1) statisch es gibt nur einen möglicher
Konstruktor (der zwar überladen, aber nicht
überschrieben ist)
2) statisch nur ein möglicher Konstruktor (in
der Superklasse) vorhanden
3) dynamisch Methode o kann in einer
abgeleiteten Klasse überschrieben sein
4) statisch Supercalls sind immer statisch
gebunden, da es nur eine Methode gibt, die damit
gemeint sein kann.
5) dynamisch die Methode m der Klasse A kann
überschrieben sein (ist sie auch, von der Methode
m in der Klasse B)
6) statisch die Methode m der Klasse B kann
nicht überschrieben sein, da sie final ist und
der stat. Typ B den dyn. Typ von b auf B oder
davon abgeleitet einschränkt also kein A
möglich.
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Selbsttest

• Welche Methodenaufrufe erfordern dyn. Bindung? Wo
  ist stat. Bindung möglich?

7) statisch statische Methode
abstract class A A () ... A (int y)
... void k (int a) l() // 7)
m() // 8) n() // 9) o() //
10) static void l () ... abstract
void m () private void n () ... void o
() ...
8) dynamisch siehe Punkt 5
9) statisch die Methode könnte zwar von einer
inneren Klasse überschrieben worden sein (Java
gibt aber dem private Vorrang und bindet
statisch, d.h. private wird prinzipiell statisch
gebunden).
10) dynamisch siehe Punkt 3
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Selbsttest

• Welche Arten von inneren Klassen gibt es? Wozu
  kann man diese verwenden?

• Statische innere Klassen haben keine Referenz auf
  das umgebende (äußere) Objekt (Outer.Inner inner
  new Outer.Inner()). z.B. für Knoten einer
  Liste, wenn die Knoten keine Referenz auf die
  Liste selbst benötigen.
• Nicht-statische innere Klassen haben eine
  Referenz auf das umgebende (äußere) Objekt
  (Outer.Inner inner outer.new Inner()). z.B.
  zur Simulation von Mehrfachvererbung.
• Lokale innere Klassen werden in einer Methode
  deklariertvoid foo() class MyClass extends
  OtherClass void m() OtherClass my new
  MyClass() my.m()Sie können statisch oder
  nicht-statisch sein (je nach umgebender Methode).
  z.B. Ersatz von Methoden-Referenzen, Ersatz von
  lokalen (nur in dieser Methode benötigten)
  Methoden.
• Anonyme innere Klassen sind im Prinzip das
  gleiche wie lokale innere Klassen, jedoch ohne
  der Klasse einen speziellen Namen zu geben (gt
  Kein Konstruktor möglich)void foo()
  OtherClass my new OtherClass() void m()
  my.m()

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Abstract Class

• Eine abstrakte Klasse ist eine Klassendefinition
  von der keine Instanzen gebildet werden
  könnendh. AbstractClass o new AbstractClass()
  ist nicht erlaubt!
• Eine abstrakte Klasse hat mindestens eine oder
  mehrere abstrakte Methoden (abstract method)
  d.h. die Realisierung der Methoden ist nicht
  "vollstaendig".
• Subklassen können von einer abstrakten Klasse
  abgeleitet sein und können wiederum abstrakt
  sein.
• Nur von "konkreten" (d.h. nicht abstrakten
  Subklassen) können Instanzen gebildet werden.
  Diese müssen noch alle "fehlenden" Methoden
  implementieren.
• Eine abstrakte Klasse kann (wie jede Klasse) als
  Typ verwendet werden d.h. AbstractClass o new
  ConcreteClass() ist erlaubt.
• Eine abstrakte Methode sowie eine abstrakte
  Klasse werden durch das Schlüsselwort "abstract"
  ausgezeichnet.

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Abstract Class

• abstract class GraphicObject
• int x, y // konkrete Attribute
• ...
• void moveTo(int newX, int newY)
• ... // konkrete Methode
• abstract void draw() // nur gesagt, dass
  jedes
• // GraphicObject eine Methode draw() können
  muss
• // Jede nicht-abstrakte Sub-Klasse muss eine
  Implementierung für
• // die Methode draw() zur Verfügung stellen.
• class Circle extends GraphicObject
• void draw()
• ... // konkrete Implementierung
• class Rectangle extends GraphicObject

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Beispiel Shapes

• Eine abstrakte Klasse Shape mit den zwei
  Spezialisierungen Rectangle und Circle soll
  modelliert werden. Geben Sie die nötigen
  Attribute der Klassen an und implementieren Sie
  die Methoden move und draw.Hinweis Zum Zeichnen
  können Sie die Klasse Graphics verwenden class
  Graphics static void drawRect(int x, int y,
  int w, int h) . . . static void
  drawCircle(int x, int y, int r) . . .
• Gegeben Sei eine Klasse ShapeList class
  ShapeList private Shape shapes
  ... Implementieren Sie je eine Methode zum
  Zeichnen (drawAll()) und zum Verschieben
  (moveAll()) aller Shapes in der Liste.

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Beispiel Shapes

• Eine abstrakte Klasse Shape mit den zwei
  Spezialisierungen Rectangle und Circle soll
  modelliert werden. Geben Sie die nötigen
  Attribute der Klassen an und implementieren Sie
  die Methoden move und draw.Hinweis Zum Zeichnen
  können Sie die Klasse Graphics annehmen class
  Graphics static void drawRect(int x, int y,
  int w, int h) . . . static void
  drawCircle(int x, int y, int r) . . .
• Gegeben Sei eine Klasse ShapeList class
  ShapeList private Shape shapes
  ... Implementieren Sie je eine Methode zum
  Zeichnen (drawAll()) und zum Verschieben
  (moveAll()) aller Shapes in der Liste.

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Beispiel Shapes

• public abstract class Shape protected int x,
  y public Shape(int x, int y) this.x x
  this.y y public abstract void draw()
  public void move(int dx, int dy) x dx y
  dy
• public class Circle extends Shape protected
  int r public Circle(int x, int y, int r)
  super(x, y) this.r r public void draw()
  Graphics.drawCircle(x, y, r)

• public class Rectangle extends Shape
  protected int w, h public Rectangle(int x, int
  y, int w, int h) super(x, y) this.w w
  this.h h public void draw()
  Graphics.drawRect(x, y, w, h)
• public class ShapeList private Shape
  shapes ... public drawAll() for(int
  i0 iltshapes.length i) shapesi.draw()
  public moveAll(int x, int y) for(int
  i0iltshapes.lengthi) shapesi.move(x,y)