Kapsuliranje

Kapsuliranje (engl. encapsulation) predstavlja mehanizam koji povezuje naredbe i podatke sa kojima one rade, i oboje štiti od spoljnih uplitanja i zloupotreba. Kapsulirani kôd dobija "zaštitnu čauru" koja štiti naredbe i podatke od proizvoljnog pristupa izvan čaure. Pristupanje naredbama i podacima unutar čaure strogo se kontroliše pomoću dobro definisanih standarda. Da bismo ovu situaciju približili stvarnosti, razmotrimo ponašanje automatskog menjača u automobilu. Ovaj sistem kapsulira na stotine podataka o motoru, na primer, ubrzanje, zatim podatke o nagibu puta, kao i o položaju ručice menjača. Kao korisnik, vi možete da utičete na ovu složenu strukturu samo na jedan način: pomeranjem ručice menjača. Na ponašanje menjača ne možete da utičete pritiskajući migavce, na primer, ili pokrećući brisače. Shodno tome, ručica menjača jeste ono što predstavlja dobro definisan (u stvari, i jedini) način pristupa menjaču. Štaviše, ono što se doga?a unutar menjača ne utiče na objekte izvan njega. Na primer, menjanje brzina ne utiče na glavna svetla automobila! Pošto je automatski menjač kapsuliran, desetine proizvo?ača automobila ih ugra?uju onako kako im odgovara. Me?utim, sa gledišta vozača, svi oni rade jednako. Ista ideja može da se primeni i na programiranje. Moć kapsuliranog objekta ogleda se u tome što svako zna kako može da mu pristupi i stoga ga može koristiti bez obzira na princip rada - i bez bojazni od neočekivanih sporednih efekata.

Osnova kapsuliranja kod Jave jeste klasa. Mada ćemo o klasama detaljnije govoriti u nastavku knjige, potrebno je da na ovom mestu ukažemo na sledeće. Klasa (engl. class) definiše strukturu i ponašanje (podatke i naredbe) zajedničke za skup objekata. Svaki objekat odre?ene klase ima strukturu i ponašanje definisane klasom, baš kao da predstavlja repliku klase. Zbog ovoga se objekti ponekad nazivaju primercima ili instancama klase. Na taj način klasa predstavlja logičku konstrukciju; objekat predstavlja fizičku realnost.

Kada pravite klasu, definišete kôd i podatke koji je čine. Ovi elementi se jednim imenom nazivaju članovima klase (engl. class members). Podaci definisani klasom posebno se nazivaju članovi promenljive (engl. member variables) ili promenljive instanci (engl. instance variables). Procedure koje rade sa tim podacima nazivaju se članovi metode (engl. member methods) ili, jednostavno, metode (engl. methods). (Ako poznajete C ili C++, dobro je da znate da ono što Java programer naziva metodom, C/C++ programer naziva funkcijom.) U ispravno napisanom Java programu metode definišu način korišćenja promenljivih. To znači da su ponašanje i način pristupa klasi definisani metodama koje rade sa podacima instance.

Pošto je svrha klase da kapsulira složenost, postoje mehanizmi za skrivanje složenosti načina rada unutar klase. Svaka metoda ili promenljiva unutar klase može da bude privatna ili javna. Javni (engl. public) deo klase predstavlja sve što spoljni korisnici klase treba ili mogu da znaju. Privatnim (engl. private) metodama i podacima može da pristupi samo kôd klase. Kôd izvan te klase ne može da pristupi privatnoj metodi ili promenljivoj. Pošto privatne članove klase drugi članovi vašeg programa mogu da dosegnu samo preko javnih metoda klase, na taj način se obezbe?ujete od neodgovarajućih akcija. Naravno, ovo znači da javni deo treba da bude pažljivo oblikovan kako ne bi previše otkrivao zbivanja unutar klase (slika 2-1).

Nasle?ivanje

Nasle?ivanje (engl. inheritance) jeste proces kojim jedan objekat dobija svojstva drugog objekta. Nasle?ivanje je važno jer podržava koncepciju hijerarhijske klasifikacije (tj. odozgo nadole). Na primer zlatni retriver je deo klase pas, koja je deo klase sisar, koja je deo veće klase životinja. Bez postojanja hijerarhije, za svaki objekat bi se morale eksplicitno zadati sve njegove karakteristike. Me?utim, ako postoji nasle?ivanje, za objekat treba definisati samo one karakteristike koje ga čine jedinstvenim u klasi. Opšta svojstva objekat može da nasledi od roditelja. Na taj način, nasle?ivanje predstavlja mehanizam koji omogućuje da jedan objekat bude poseban slučaj nekog opštijeg objekta. Pogledajmo ovaj proces izbliza.

Većina ljudi smatra da je svet prirodno sačinjen od objekata me?usobno povezanih na hijerarhijski način, npr. životinja, sisara i pasa. Ako biste želeli da životinje opišete apstraktno, rekli biste da one imaju izvesne osobine, npr. veličinu, inteligenciju i vrstu skeletnog sistema. Æivotinje imaju i odre?ene aspekte ponašanja; one jedu, dišu i spavaju. Ovakav opis osobina i ponašanja predstavlja definiciju klase životinja.

Ako želite da definišete odre?eniju klasu životinja, npr. sisare, oni bi tako?e morali imati odre?enije osobine, npr. mlečne žlezde i tip zuba. Kažemo da su sisari potklasa (engl. subclass) životinja, a životinje su sisarima natklasa (engl. superclass).

Pošto su sisari samo uže definisane životinje, oni nasle?uju sve osobine životinja. Potklasa koja se nalazi duboko u hijerarhiji nasle?uje osobine svih svojih predaka u hijerarhiji klase.

Nasle?ivanje je povezano i sa kapsuliranjem. Ako klasa kapsulira neke osobine, onda će svaka potklasa imati te osobine ali i osobine kojima se potklasa izdvaja (slika 2-2). Ovo je ključna koncepcija koja omogućuje da složenost objektno orijentisanih programa raste linearnom, umesto geometrijskom progresijom. Nova potklasa nasle?uje sve osobine svih svojih predaka. Ona ne dolazi u dodir sa većinom ostalog koda u sistemu na nepredvidljiv način.

Polimorfizam

Polimorfizam (engl. polymorphism), reč grčkog porekla, znači "mnogo oblika" i predstavlja osobinu koja omogućava da se jedan način pristupa koristi za opštu klasu akcija. Specifičnost akcije biće odre?ena tačnom prirodom situacije. Razmotrimo stek (strukturu "poslednji koji u?e, prvi izlazi"). Možete da imate program kome su potrebne tri vrste steka: jedan za cele brojeve, drugi za brojeve u pokretnom zarezu, a treći za znake. Algoritam kojim se obrazuju stekovi uvek je isti, bez obzira na to što se u njima čuvaju različiti podaci. U jezicima koji nisu objektno orijentisani morali biste za svaki stek da napišete poseban skup naredaba u kojima bi se koristila različita imena. Me?utim, zbog postojanja polimorfizma, u Javi možete da definišete opšti skup naredaba za stekove koji će imati ista imena.

Uopšteno govoreći, koncept polimorfizma često se prikazuje frazom "jedan način pristupa, više metoda". Ovo znači mogućnost pravljenja opšteg načina pristupa za rad sa grupom srodnih aktivnosti. To pomaže smanjenju složenosti, omogućujući da se istim načinom pristupa zada opšta klasa akcija. Na prevodiocu je da odabere specifičnu akciju (tj. metodu) shodno situaciji. Programer ne mora ručno da bira. Potrebno je samo da zapamti i iskoristi opšti pristup.

Ako nastavimo priču sa psom, možemo reći da je pseće čulo mirisa polimorfno. Ako pas oseti mačku, on će zalajati i pojuriti za njom. Ako oseti svoju hranu, pas će početi da luči pljuvačku i otrčati do svoje posude. Isto čulo se koristi u obe situacije. Razlika je u tome šta se oseća tim čulom, tj. razlikuju se vrste podataka sa kojima radi pseći nos! Ista ova opšta ideja može da se primeni i na metode u Java programima.

Polimorfizam, kapsuliranje i nasle?ivanje me?usobno sara?uju

Kada se primene na odgovarajući način, polimorfizam, kapsuliranje i nasle?ivanje stvaraju programsko okruženje koje podržava razvoj mnogo robusnijih i prilagodljivijih programa nego što omogućuje procesno orijentisan model. Dobro dizajnirana hijerarhija klasa predstavlja osnovu za ponovljeno korišćenje koda u čije ste razvijanje i proveravanje uložili vreme i trud. Kapsuliranje omogućuje da tokom vremena menjate unutrašnju konstrukciju ne remeteći kôd koji se oslanja na javni interfejs vaših klasa. Polimorfizam omogućuje da napravite čist, smislen, čitljiv i elastičan kôd.

Od dva primera iz stvarnog sveta koja smo koristili, automobil potpunije ilustruje snagu objektno orijentisanog dizajna. O psima je zabavno raspravljati kada govorimo o precima, ali automobil više liči na program. Svi vozači se oslanjaju na nasle?ivanje kada sedaju u različite vrste (potklase) automobila. Nije važno da li je u pitanju školski autobus, Mercedes sedan, Porše ili porodični kombi, svi vozači će uglavnom pronaći i umeti da koriste upravljač, kočnice i pedalu gasa. Nakon izvesnog krčanja zupčanika, većina vozača će shvatiti razliku izme?u običnog i automatskog menjača, jer svi u osnovi shvataju njihovu natklasu, prenosni mehanizam.

Ljudi se svakoga dana suočavaju sa kapsuliranim osobinama automobila. Kočnica i pedala gasa su standard za pristupanje neverovatno složenim mehanizmima, pa ipak su tako jednostavne da sa njima možete raditi i nogama! Način rada motora, vrsta kočnica i veličina guma nemaju uticaja na način na koji se suočavate sa definicijom klase pedala.

Treći atribut, polimorfizam, jasno odražava mogućnost proizvo?ača da uza suštinski isti automobil ponudi mnogobrojne opcije. Na primer, možete da dobijete sistem za kočenje koji ne blokira ili uobičajene kočnice, hidraulički ili običan volan, motor sa 4, 6 ili 8 cilindara. U svakom od ovih slučajeva i dalje ćete, da biste zaustavili automobil, pritiskati pedalu, okretati volan da biste negde skrenuli i pritiskati pedalu gasa kada budete želeli da putujete brže. Isti pristup se koristi za upravljanje nizom različitih proizvoda.

Kao što i sami vidite, primena kapsuliranja, nasle?ivanja i polimorfizma čini da se pojedinačni delovi preobraze u objekat zvan automobil. Isto važi i za računarske programe. Primenom principa objektno orijentisanog programiranja različiti delovi složenih programa mogu se povezati da bi obrazovali skladnu, robusnu, trajnu celinu.

Na početku ovog odeljka pomenuli smo da je svaki Java program objektno orijentisan. Tačnije, svaki Java program obuhvata kapsuliranje, nasle?ivanje i polimorfizam. Iako kratki programski primeri koje navodimo u ostatku ovog poglavlja, kao i u nekoliko narednih, možda ne prikazuju očigledno sve ove osobine, one su ipak tu. Videćete da su mnoge mogućnosti Jave u stvari delovi njenih ugra?enih biblioteka klasa koje opsežno koriste kapsuliranje, nasle?ivanje i polimorfizam.

Program počinje sledećim redovima:

Ovo je komentar (engl. comment). Slično drugim programskim jezicima, Java omogućuje da u izvorni kôd unesete primedbe. Prevodilac će zanemariti sadržaj komentara. Komentar opisuje i objašnjava rad programa onome ko čita izvorni kôd. U ovom slučaju komentar opisuje program i podseća vas da datoteku sa izvornim kodom treba da snimite pod imenom Primer.java. Naravno, u stvarnim situacijama komentarima se objašnjava kako rade odre?eni delovi programa ili čemu služe odre?ene osobine.

Java podržava tri stila komentara. Komentar prikazan na početku programa naziva se višeredni komentar (engl. multiline comment). Ova vrsta komentara mora da počne oznakama /* i da se završi oznakama */. Sve što se nalazi izme?u ove dve oznake prevodilac će zanemariti. Kao što i samo ime kaže, višeredni komentar može da se proteže kroz više redova.

Iza komentara u programu sledi red koda:

U redu se pojavljuje rezervisana reč class, čime se najavljuje definisanje nove klase. Primer je identifikator (engl. identifier) koji predstavlja ime klase. Celokupna definicija klase, uključujući sve njene članove, nalaziće se unutar vitičastih zagrada ({ i }). Vitičaste zagrade u Javi upotrebljavaju se isto kao u jezicima C i C++. Trenutno nemojte previše da brinete o detaljima klase već samo obratite pažnju na to da se u Javi svaka programska aktivnost odvija unutar klasa. To je jedan od razloga zbog kojih su svi Java programi (barem delimično) objektno orijentisani.

Sledeći red programa predstavlja jednoredni komentar (engl. single-line comment):

Ovo je druga vrsta komentara koje podržava Java. Jednoredni komentar počinje znakovima // i završava se na kraju tekućeg reda. Programeri višeredne komentare po pravilu koriste za duže primedbe, a jednoredne za kratke opise.

Iza jednorednog komentara u našem programu sledi red koda:

Red počinje metodom main(). Kao što objašnjava prethodni komentar, ovim redom počinje izvršavanje vašeg programa. Izvršavanje svih Java aplikacija počinje pozivom metodi main(). (Isto je u jeziku C ili C++.) Tačno značenje svakog dela ovog reda još uvek ne možemo da objasnimo, pošto to zahteva detaljno razumevanje Javinog pristupa kapsuliranju. Me?utim, pošto će u većini primera iz prvog dela knjige postojati ovaj red, hajde da bacimo kratak pogled na njega.

Rezervisana reč public je specifikator pristupa (engl. access specifier) koji programeru omogućava da upravlja vidljivošću članova klase. Kada ispred člana klase stoji reč public, tada se tom članu može pristupiti i izvan klase u kojoj je član deklarisan. (Rezervisana reč private ima suprotno dejstvo: ona onemogućuje pristup članu izvan klase.) U ovom slučaju, metoda main() mora biti deklarisana kao public, pošto pri pokretanju programa mora biti pozvana izvan klase. Rezervisana reč static dozvoljava da metoda main() bude pozvana bez pravljenja posebne instance klase. To je neophodno, jer Javin interpretator poziva metodu main() pre nego što je stvoren ijedan objekat. Rezervisana reč void samo saopštava prevodiocu da metoda main() ne vraća nikakvu vrednost. Kasnije ćete videti da metode mogu da vraćaju vrednosti. Ako vas sve ovo pomalo zbunjuje, ipak ne brinite. O svemu ćemo detaljnije raspravljati u narednim poglavljima.

Kao što je rečeno, main() je metoda koja se poziva pri pokretanju Java aplikacije. Vodite računa o tome da Java razlikuje velika i mala slova. Main nije isto što i main. Treba da znate da će prevodilac prevesti i klase koje ne sadrže metodu main(). Me?utim, Javin interpretator nema načina da te klase izvrši. Dakle, ako ste uneli Main, umesto main, prevodilac će ipak prevesti vaš program. Me?utim, Javin interpretator će prijaviti grešku jer neće moći da na?e metodu main().

Metodama možete da prosledite podatke preko promenljivih koje su navedene u zagradi iza imena metode. Ove promenljive se zovu parametri. Č;ak i ako odre?enoj metodi nisu potrebni parametri, ipak ćete iza imena metode morati da upišete praznu zagradu. U metodi main() postoji samo jedan parametar, ali on nije jednostavan. String args[ ] deklariše parametar args, koji predstavlja niz instanci klase String. (Nizovi su zbirke sličnih objekata.) Objekti tipa String čuvaju znakovne nizove. U ovom slučaju, kada se program pokrene, u niz args biće smešteni eventualni argumenti uneti na komandnu liniju. Program iz našeg primera neće iskoristiti ove podatke, ali će to učiniti drugi programi o kojima govorimo kasnije.

Poslednji u redu je znak {. On ukazuje na početak tela metode main(). Sve naredbe neke metode moraju biti smeštene unutar vitičastih zagrada.

Još nešto: main() je samo polazna tačka interpretatora. Neki složen program imaće na desetine klasa, od kojih samo jedna treba da ima metodu main() da bi se program pokrenuo. Kada počnete da pravite aplete - Java programe koji se ugra?uju u čitače Weba - uopšte nećete koristiti metodu main(), pošto čitači Weba drugačije pokreću izvršavanje apleta.

Dole je prikazan sledeći red koda. Obratite pažnju na to da se on nalazi unutar deklaracije metode main().

Ova naredba na ekranu ispisuje reči "Ovo je jednostavan Java program.", a zatim prebacuje kursor u novi red. Ispisivanje se izvršava metodom println(). U ovom slučaju metoda println() ispisuje znakovni niz koji joj je prosle?en. Kasnije ćete videti da se metoda println() može iskoristiti i za prikazivanje drugačijih vrsta podataka. Red počinje sa System.out. Iako ovo ne možemo objasniti u nekoliko reči, ipak navedimo da System predstavlja prethodno definisanu klasu koja obezbe?uje pristupanje sistemu, dok je out tok izlaznih podataka povezan sa ekranom.

Kao što verovatno poga?ate, izlaz na konzolu (kao i unos sa nje) ne koriste se često u stvarnim Java programima i apletima. Pošto savremeno računarsko okruženje najčešće radi sa prozorima i grafikom, unos podataka preko konzole i izlaz podataka na nju uglavnom se koristi za jednostavne uslužne programe i u svrhu isprobavanja rada. Kasnije ćete naučiti kako da podatke prikazujete i na drugi način. Zasad ćemo se držati konzolnog ulaza i izlaza.

Obratite pažnju na to da se naredba println() završava tačkom i zarezom. Sve Javine naredbe se završavaju na takav način. Ako se programski red ne završava tačkom i zarezom, to znači da on, tehnički, ne predstavlja naredbu.

Prvi znak } u programu završava deklaraciju metode main(), a drugi definiciju klase Primer.

Ovaj program prikazuje:

Ovo je x: 0

Ovo je x: 1

Ovo je x: 2

Ovo je x: 3

Ovo je x: 4

Ovo je x: 5

Ovo je x: 6

Ovo je x: 7

Ovo je x: 8

Ovo je x: 9

U ovom primeru x je upravljačka promenljiva petlje. Njena vrednost se na početku postavlja na nulu. Na početku svakog ciklusa petlje (uključujući i prvi), proverava se uslov x<10. Ako je rezultat provere tačan, izvršava se naredba println(), a zatim x uvećava za 1. Ovaj proces se ponavlja sve dok rezultat provere uslova ne postane netačan.

Zanimljivo je da u profesionalno pisanim Java programima gotovo nikada nećete videti korak petlje napisan kao u našem programu. Konkretnije, retko ćete videti sledeću naredbu:

Razlog leži u tome što Java ima specijalan operator za povećavanje vrednosti promenljive koji ovu operaciju obavlja efikasnije. Operator uvećanja je ++. (To jest, dva znaka plus, jedan do drugog.) Operator uvećanja povećava vrednost operanda za jedinicu. Pomoću operatora uvećanja, prethodna naredba se može napisati ovako:

Na taj način, naredba for iz našeg programa obično će biti napisana ovako:

Možete i sami ovo da isprobate. Videćete da će petlja raditi na potpuno isti način.

Java ima i operator umanjenja, --. Ovaj operator smanjuje vrednost operanda za jedinicu.