Kuten kurssilla ohjelmoinnin perusteet, myös kurssilla ohjelmoinnin jatkokurssi on selitystehtäviä. Ajattele tehtäviä niin, että harjoittelet kertomaan kurssiin liittyvistä asioista kaverillesi. Käytä kursseilta tutuksi tullutta termistöä -- kertaa myös aiempaa materiaalia tarvittaessa. Kukin selitystehtävä on kahden tehtäväpisteen arvoinen.

40 Object

Kurssilla on jo useampaan otteeseen käytetty metodia public String toString() olion merkkijonoesityksen muodostamiseen esim. tulostuskomennon yhteydessä. Emme ole saaneet selvyyttä miksi Java osaa käyttää kyseistä metodia. Olemattoman metodin kutsuminenhan tuottaa normaalisti virheen. Tutkitaan seuraavaa luokkaa Kirja, jolla ei ole metodia public String toString(), ja ohjelmaa joka yrittää tulostaa Kirja-luokasta luodun olion System.out.println()-komennolla.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }
}

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
System.out.println(olioKirja);

Ohjelmamme ei tulosta virheilmoitusta tai kaadu kun annamme Kirja-luokasta tehdyn olion parametrina System.out.println-komennolle. Näemme virheilmoituksen tai kaatumisen sijaan mielenkiintoisen tulosteen. Tuloste sisältää luokan Kirja nimen ja epämääräisen @-merkkiä seuraavan merkkijonon. Huomaa että kutsussa System.out.println(olioKirja) Java tekee oikeasti kutsun System.out.println(olioKirja.toString())

Selitys liittyy Javan luokkien rakenteeseen. Jokainen Javan luokka perii automaattisesti luokan Object, joka sisältää joukon jokaiselle Javan luokalle hyödyllisiä perusmetodeja. Perintä tarkoittaa että oma luokkamme saa käyttöön perittävän luokan määrittelemiä toiminnallisuuksia ja ominaisuuksia. Luokka Object sisältää muun muassa metodin toString, joka periytyy luomiimme luokiin.

Object-luokassa määritelty toString-metodin tuottama merkkijono ei yleensä ole toivomamme. Tämän takia meidän tulee korvata, eli syrjäyttää metodi omalla toteutuksellamme. Lisätään luokkaan Kirja metodi public String toString(), joka korvaa perityssä Object luokassa olevan metodin toString.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.nimi + " (" + this.julkaisuvuosi + ")";
    }
}

Nyt kun teemme oliosta ilmentymän ja annamme sen tulostusmetodille, näemme luokassa Kirja olevan toString-metodin tuottaman merkkijonon.

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
System.out.println(olioKirja);

Oliokirja (2000)

Luokassa Kirja olevan metodin toString yläpuolella on annotaatio @Override. Annotaatioilla annetaan vinkkejä sekä kääntäjälle että lukijalle siitä, miten metodeihin tulisi suhtautua. Annotaatio @Override kertoo kääntäjälle että annotaatiota seuraava metodi korvaa perityssä luokassa määritellyn metodin. Jos korvattavaan metodiin ei liitetä annotaatiota, antaa kääntäjä tilanteesa varoituksen, overriden kirjottamatta jättäminen ei kuitenkaan ole virhe.

Luokasta Object peritään muitakin hyödyllisiä metodeja. Tutustutaan seuraavaksi metodeihin equals ja hashCode.

40.1 Metodi equals

Metodia equals käytetään kahden olion yhtäsuuruusvertailuun. Metodia on jo käytetty muun muassa String-olioiden yhteydessä.

Scanner lukija = new Scanner(System.in);

System.out.print("Kirjoita salasana: ");
String salasana = lukija.nextLine();

if(salasana.equals("salasana")) {
    System.out.println("Oikein meni!");
} else {
    System.out.println("Pieleen meni!");
}

Kirjoita salasana: mahtiporkkana
Pieleen meni!

Luokassa Object määritelty equals-metodi tarkistaa onko parametrina annetulla oliolla sama viite kuin oliolla johon verrataan, eli toisinsanoen oletusarvoisesti vertaillaan onko kyse kahdesta samasta oliosta. Jos viite on sama, palauttaa metodi arvon true, muuten false. Tämä selvenee seuraavalla esimerkillä. Luokassa Kirja ei ole omaa equals-metodin toteutusta, joten se käyttää Object-luokassa olevaa toteutusta.

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
Kirja toinenOlioKirja = olioKirja;

if (olioKirja.equals(toinenOlioKirja)) {
    System.out.println("Kirjat olivat samat");
} else {
    System.out.println("Kirjat eivät olleet samat");
}

// nyt luodaan saman sisältöinen olio joka kuitenkin on oma erillinen olionsa
toinenOlioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);

if (olioKirja.equals(toinenOlioKirja)) {
    System.out.println("Kirjat olivat samat");
} else {
    System.out.println("Kirjat eivät olleet samat");
}

Tulostuu:

Kirjat olivat samat
Kirjat eivät olleet samat

Vaikka Kirja-olioiden sisäinen rakenne (eli oliomuuttujien arvot) ovat molemmissa tapauksissa täsmälleen samat, vain ensimmäinen vertailu tulostaa merkkijonon "Kirjat olivat samat". Tämä johtuu siitä että vain ensimmäisessä tapauksessa myös viitteet ovat samat eli vertaillaan olioa itseensä. Toisessa vertailussa kyse on kahdesta eri oliosta, vaikka muuttujilla onkin samat arvot.

Merkkijonojen eli Stringien yhteydessä equals toimii odotetulla tavalla, eli se ilmoittaa kaksi samansisältöistä merkkijonoa "equalseiksi" vaikka kyseessä olisikin kaksi erillistä olioa. String-luokassa onkin korvattu oletusarvoinen equals omalla toteutuksella.

Haluamme että kirjojen vertailu onnistuu myös nimen ja vuoden perusteella. Korvataan Object-luokassa oleva metodi equals määrittelemällä sille toteutus luokkaan Kirja. Metodin equals tehtävänä on selvittää onko olio sama kuin metodin parametrina saatu olio. Metodi saa parametrina Object-tyyppisen viitteen olion. Määritellään ensin metodi, jonka mielestä kaikki oliot ovat samoja.

public boolean equals(Object olio) {
    return true;
}

Metodimme on varsin optimistinen, joten muutetaan sen toimintaa hieman. Määritellään että oliot eivät ole samoja jos parametrina saatu olio on null tai jos olioiden tyypit eivät ole samat. Olion tyypin saa (Object-luokassa määritellyllä) metodilla getClass(). Muussa tapauksessa oletetaan että oliot ovat samat.

public boolean equals(Object olio) {
    if (olio == null) {
        return false;
    }

    if (this.getClass() != olio.getClass()) {
        return false;
    }

    return true;
}

Metodi equals huomaa eron erityyppisten olioiden välillä, mutta ei vielä osaa erottaa samanlaisia olioita toisistaan. Jotta voisimme verrata nykyistä oliota ja parametrina saatua Object-tyyppisellä parametrilla viitattua olioa, tulee Object-viitteen tyyppiä muuttaa. Viitteen tyyppiä voidaan muuttaa tyyppimuunnoksella jos ja vain jos olion tyyppi on oikeasti sellainen, mihin sitä yritetään muuttaa. Tyyppimuunnos tapahtuu antamalla asetuslauseen oikealla puolella haluttu luokka suluissa, esimerkiksi:

HaluttuTyyppi muuttuja = (HaluttuTyyppi) vanhaMuuttuja;

Voimme tehdä tyyppimuunnoksen koska tiedämme olioiden olevan samantyyppisiä, jos ne ovat erityyppisiä yllä oleva metodi getClass palauttaa arvon false. Muunnetaan metodissa equals saatu Object-tyyppinen parametri Kirja-tyyppiseksi, ja todetaan kirjojen olevan eri jos niiden julkaisuvuodet ovat eri. Muuten kirjat ovat vielä samat.

public boolean equals(Object olio) {
    if (olio == null) {
        return false;
    }

    if (getClass() != olio.getClass()) {
        return false;
    }

    Kirja verrattava = (Kirja) olio;

    if(this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
        return false;
    }

    return true;
}

Nyt vertailumetodimme osaa erottaa eri vuosina julkaistut kirjat. Lisätään vielä tarkistus, että kirjojemme nimet ovat samat ja että oman kirjamme nimi ei ole null.

public boolean equals(Object olio) {
    if (olio == null) {
        return false;
    }

    if (getClass() != olio.getClass()) {
        return false;
    }

    Kirja verrattava = (Kirja) olio;

    if (this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
        return false;
    }

    if (this.nimi == null || !this.nimi.equals(verrattava.getNimi())) {
        return false;
    }

    return true;
}

Mahtavaa, viimeinkin toimiva vertailumetodi! Alla vielä tämänhetkinen Kirja-luokkamme.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.nimi + " (" + this.julkaisuvuosi + ")";
    }

    @Override
    public boolean equals(Object olio) {
        if (olio == null) {
            return false;
        }

        if (getClass() != olio.getClass()) {
            return false;
        }

        Kirja verrattava = (Kirja) olio;

        if (this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
            return false;
        }

        if (this.nimi == null || !this.nimi.equals(verrattava.getNimi())) {
            return false;
        }

        return true;
    }
}

Nyt kirjojen vertailu palauttaa true jos kirjojen sisällöt ovat samat.

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
Kirja toinenOlioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);

if (olioKirja.equals(toinenOlioKirja)) {
    System.out.println("Kirjat olivat samat");
} else {
    System.out.println("Kirjat eivät olleet samat");
}

Kirjat olivat samat

Equals ja ArrayList

Useat Javan valmiit tietorakenteet käyttävät equals-metodia osana sisäistä hakumekanismiaan. Esimerkiksi luokan ArrayList contains-metodi vertailee olioiden yhtäsuuruutta equals-metodin avulla. Jatketaan aiemmin määrittelemämme Kirja-luokan käyttöä seuraavassa esimerkissä. Jos emme toteuta omissa olioissamme equals-metodia, emme voi käyttää esimerkiksi contains-metodia. Kokeile alla olevaa koodia kahdella erilaisella Kirja-luokalla. Toisessa on equals-metodi, ja toisessa sitä ei ole.

ArrayList<Kirja> kirjat = new ArrayList<>();
Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
kirjat.add(olioKirja);

if (kirjat.contains(olioKirja)) {
    System.out.println("Oliokirja löytyi.");
}

olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);

if (!kirjat.contains(olioKirja)) {
    System.out.println("Oliokirjaa ei löytynyt.");
}

40.2 Metodi hashCode

Metodi hashCode luo oliosta numeerisen arvon eli hajautusarvon. Numeerista arvoa tarvitaan esimerkiksi jos olioa käytetään HashMap:in avaimena. Olemme tähän mennessä käyttäneet HashMapin avaimina ainoastaan String- ja Integer-tyyppisiä olioita, joilla on ollut valmiina sopivasti toteutetut hashCode-metodit. Luodaan esimerkki jossa näin ei ole: jatketaan kirjojen parissa ja ruvetaan pitämään kirjaa lainassa olevista kirjoista. Päätetään ratkaista kirjanpito HashMapin avulla. Avaimena toimii kirja ja kirjaan liitetty arvo on merkkijono, joka keroo lainaajan nimen:

HashMap<Kirja, String> lainaajat = new HashMap<>();

Kirja oliokirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
lainaajat.put(oliokirja, "Pekka");
lainaajat.put(new Kirja("Test Driven Development", 1999), "Arto");

System.out.println(lainaajat.get(oliokirja));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Oliokirja", 2000));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Test Driven Development", 1999));

Tulostuu:

Pekka
null
null

Löydämme lainaajan hakiessamme samalla oliolla, joka annettiin hajautustaulun put-metodille avaimeksi. Täsmälleen samanlaisella kirjalla mutta eri oliolla haettaessa lainaajaa ei kuitenkaan löydy ja saamme null-viitteen. Syynä on taas Object-luokassa oleva hashCode-metodin oletustoteutus. Oletustoteutus luo hashCode-arvon olion viitteen perusteella, eli samansisältöiset mutta eri oliot saavat eri tuloksen hashCode-metodista. Tämän takia olioa ei osata etsiä oikeasta paikasta HashMapia.

Jotta HashMap toimisi haluamallamme tavalla, eli palauttaisi lainaajan kun avaimeksi annetaan oikean sisältöinen olio (ei välttämässä siis sama olio kuin alkuperäinen avain), on avaimena toimivan luokan ylikirjoitettava metodin equals lisäksi metodi hashCode. Metodi on ylikirjoitettava siten, että se antaa saman numeerisen tuloksen kaikille samansisältöisille olioille. Myös jotkut erisisältöiset oliot saavat saada saman tuloksen hashCode-metodista, on kuitenkin HashMapin tehokkuuden kannalta oleellista, että erisisältöiset oliot saavat mahdollisimman harvoin saman tuloksen.

Olemme aiemmin käyttäneet String-olioita menestyksekkäästi HashMapin avaimena, joten voimme päätellä että String-luokassa on oma järkevästi toimiva hashCode-toteutus. Delegoidaan, eli siirretään laskemisvastuu String-oliolle.

public int hashCode() {
    return this.nimi.hashCode();
}

Yllä oleva ratkaisu on melko hyvä, mutta jos nimi on null, näemme NullPointerException-virheen. Korjataan tämä vielä määrittelemällä ehto: jos nimi-muuttujan arvo on null, palautetaan arvo 7. Arvo 7 on "satunnaisesti" valittu alkuluku, yhtä hyvin olisi voitu valita esimerkiksi arvo 13.

public int hashCode() {
    if (this.nimi == null) {
        return 7;
    }

    return this.nimi.hashCode();
}

Parantelemme vielä hashCode-metodia siten, että koodin laskennassa huomioidaan myös kirjan julkaisuvuosi:

public int hashCode() {
    if (this.nimi == null) {
        return 7;
    }

    return this.julkaisuvuosi + this.nimi.hashCode();
}

Sivuhuomautus: HashMapissa avaimina olevien olioiden hashCode-metodin tulos kertoo hajautusrakenteeseen talletettavien arvon paikan eli indeksin hajautustaulussa. Saatat tässä kohtaa miettiä "eikö tämä johda tilanteeseen jossa useampi olio päätyy samaan indeksiin hajautustaulussa?". Vastaus on kyllä ja ei. Vaikka metodi hashCode antaisi kahdelle eri oliolle saman arvon, on hajautustaulut toteutettu sisäisesti siten että useampi olio voi olla samassa indeksissä. Jotta samassa indeksissä olevat oliot voi erottaa toisistaan, tulee hajautustaulun avaimina toimivina olioilla olla metodi equals toteutettuna. Lisätietoa hajautustaulujen toteuttamisen periaatteista tulee kurssilla tietorakenteet ja algoritmit.

Luokka Kirja nyt kokonaisuudessaan.

public class Kirja {

    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.nimi + " (" + this.julkaisuvuosi + ")";
    }

    @Override
    public boolean equals(Object olio) {
        if (olio == null) {
            return false;
        }

        if (getClass() != olio.getClass()) {
            return false;
        }

        Kirja verrattava = (Kirja) olio;

        if (this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
            return false;
        }

        if (this.nimi == null || !this.nimi.equals(verrattava.getNimi())) {
            return false;
        }

        return true;
    }

    public int hashCode() {
        if (this.nimi == null) {
            return 7;
        }

        return this.julkaisuvuosi + this.nimi.hashCode();
    }
}

Kerrataan vielä: jotta luokkaa voidaan käyttää HashMap:in avaimena, tulee sille määritellä

• metodi equals siten, että kaikki samansisältöisenä ajatellut oliot tuottavat vertailussa tuloksen true ja erisisältöiset false
• metodi hashCode siten, että kaikki samansisältöisenä ajatelluille olioille metodin kutsu tuottaa saman arvon

Luokalle Kirja määrittelemämme equals ja hashCode selvästi täyttävät nämä ehdot. Nyt myös aiemmin kohtaamamme ongelma ratkeaa ja kirjojen lainaajat löytyvät:

HashMap<Kirja, String> lainaajat = new HashMap<>();

Kirja oliokirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
lainaajat.put(oliokirja, "Pekka");
lainaajat.put(new Kirja("Test Driven Development",1999), "Arto");

System.out.println(lainaajat.get(oliokirja));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Oliokirja", 2000));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Test Driven Development", 1999));

Tulostuu:

Pekka
Pekka
Arto

NetBeans tarjoaa metodien equals ja hashCode automaattisen luonnin. Voit valita valikosta Source -> Insert Code, ja valita aukeavasta listasta equals() and hashCode(). Tämän jälkeen NetBeans kysyy oliomuuttujat joita metodeissa käytetään.

public class Rekisterinumero {
    // HUOM: oliomuuttujissa on määre final eli niiden arvoa ei voi muuttaa!
    private final String rekNro;
    private final String maa;

    public Rekisterinumero(String rekNro, String maa) {
       this.rekNro = rekNro;
       this.maa = maa;
    }

    public String toString(){
        return maa+ " "+rekNro;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Rekisterinumero rek1 = new Rekisterinumero("FI", "ABC-123");
    Rekisterinumero rek2 = new Rekisterinumero("FI", "UXE-465");
    Rekisterinumero rek3 = new Rekisterinumero("D", "B WQ-431");

    ArrayList<Rekisterinumero> suomalaiset = new ArrayList<>();
    suomalaiset.add(rek1);
    suomalaiset.add(rek2);

    Rekisterinumero uusi = new Rekisterinumero("FI", "ABC-123");
    if (!suomalaiset.contains(uusi)) {
        suomalaiset.add(uusi);
    }
    System.out.println("suomalaiset: " + suomalaiset);
    // jos equals-metodia ei ole ylikirjoitettu, menee sama rekisterinumero toistamiseen listalle

    HashMap<Rekisterinumero, String> omistajat = new HashMap<>();
    omistajat.put(rek1, "Arto");
    omistajat.put(rek3, "Jürgen");

    System.out.println("omistajat:");
    System.out.println(omistajat.get(new Rekisterinumero("FI", "ABC-123")));
    System.out.println(omistajat.get(new Rekisterinumero("D", "B WQ-431")));
    // jos hashCode ei ole ylikirjoitettu, eivät omistajat löydy
}

suomalaiset: [FI ABC-123, FI UXE-465]
omistajat:
Arto
Jürgen

41 Rajapinta

Rajapinnan (engl. interface) avulla määritellään luokalta vaadittu käyttäytyminen, eli sen metodit. Rajapinnat määritellään kuten normaalit Javan olevat luokat, mutta luokan alussa olevan määrittelyn "public class ..." sijaan käytetään määrittelyä "public interface ...". Rajapinnat määrittelevät käyttäytymisen metodien niminä ja palautusarvoina, mutta ne eivät aina sisällä metodien konkreettista toteutusta. Näkyvyysmäärettä rajapintoihin ei erikseen merkitä, sillä se on aina public. Tutkitaan luettavuutta kuvaavaa rajapintaa Luettava.

public interface Luettava {
    String lue();
}

Rajapinta Luettava määrittelee metodin lue(), joka palauttaa String-tyyppisen olion. Luettava kuvaa käyttäytymistä: esimerkiksi tekstiviesti tai sähköpostiviesti voi olla luettava.

Rajapinnan toteuttavat luokat päättävät miten rajapinnassa määritellyt metodit toteutetaan. Luokka toteuttaa rajapinnan lisäämällä luokan nimen jälkeen avainsanan implements, jota seuraa rajapinnan nimi. Luodaan luokka Tekstiviesti, joka toteuttaa rajapinnan Luettava.

public class Tekstiviesti implements Luettava {
    private String lahettaja;
    private String sisalto;

    public Tekstiviesti(String lahettaja, String sisalto) {
        this.lahettaja = lahettaja;
        this.sisalto = sisalto;
    }

    public String getLahettaja() {
        return this.lahettaja;
    }

    public String lue() {
        return this.sisalto;
    }
}

Koska luokka Tekstiviesti toteuttaa rajapinnan Luettava (public class Tekstiviesti implements Luettava), on luokassa Tekstiviesti pakko olla metodin public String lue() toteutus. Rajapinnassa määriteltyjen metodien toteutuksilla tulee aina olla näkyvyysmääre public.

Rajapinta on sopimus käyttäytymisestä. Jotta käyttäytyminen toteutuu, tulee luokan toteuttaa rajapinnan määrittelemät metodit. Rajapinnan toteuttavan luokan ohjelmoijan vastuulla on määritellä millaista käyttäytyminen on. Rajapinnan toteuttaminen tarkoittaa sopimuksen tekemistä siitä, että luokka tarjoaa kaikki rajapinnan määrittelemät toiminnot eli rajapinnan määrittelemän käyttäytymisen.

Toteutetaan luokan Tekstiviesti lisäksi toinen Luettava rajapinnan toteuttava luokka. Luokka Sahkokirja on sähköinen toteutus kirjasta, joka sisältää kirjan nimen ja sivut. Sähkökirjaa luetaan sivu kerrallaan, metodin public String lue() kutsuminen palauttaa aina seuraavan sivun merkkijonona.

public class Sahkokirja implements Luettava {
    private String nimi;
    private ArrayList<String> sivut;
    private int sivunumero;

    public Sahkokirja(String nimi, ArrayList<String> sivut) {
        this.nimi = nimi;
        this.sivut = sivut;
        this.sivunumero = 0;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int sivuja() {
        return this.sivut.size();
    }

    public String lue() {
        String sivu = this.sivut.get(this.sivunumero);
        seuraavaSivu();
        return sivu;
    }

    private void seuraavaSivu() {
        this.sivunumero = this.sivunumero + 1;
        if(this.sivunumero % this.sivut.size() == 0) {
            this.sivunumero = 0;
        }
    }
}

Rajapinnan toteuttavasta luokasta voi tehdä olioita aivan kuten normaaleistakin luokista, ja niitä voidaan käyttää myös esimerkiksi ArrayList-listojen tyyppinä.

Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Huikeaa menoa!");
System.out.println(viesti.lue());

ArrayList<Tekstiviesti> tekstiviestit = new ArrayList<>();
tekstiviestit.add(new Tekstiviesti("tuntematon numero", "I hid the body.");

Huikeaa menoa!

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<g>();
sivut.add("Pilko metodisi lyhyiksi luettaviksi kokonaisuuksiksi.");
sivut.add("Erota käyttöliittymälogiikka sovelluksen logiikasta.");
sivut.add("Ohjelmoi aina ensin pieni osa, jolla ratkaiset osan ongelmasta.");
sivut.add("Harjoittelu tekee mestarin. Keksi joku hauska oma projekti.");

Sahkokirja kirja = new Sahkokirja("Vinkkejä ohjelmointiin.", sivut);
for(int sivu = 0; sivu < kirja.sivuja(); sivu++) {
    System.out.println(kirja.lue());
}

Pilko metodisi lyhyiksi luettaviksi kokonaisuuksiksi.
Erota käyttöliittymälogiikka sovelluksen logiikasta.
Ohjelmoi aina ensin pieni osa, jolla ratkaiset osan ongelmasta.
Harjoittelu tekee mestarin. Keksi joku hauska oma projekti.

public interface Palvelusvelvollinen {
    int getTJ();
    void palvele();
}

41.1 Rajapinta muuttujan tyyppinä

Uutta muuttujaa esitellessä esitellään aina muuttujan tyyppi. Muuttujatyyppejä on kahdenlaisia, alkeistyyppiset muuttujat (int, double, ...) ja viitetyyppiset muuttujat (kaikki oliot). Olemme tähän mennessä käyttäneet viitetyyppisten muuttujien tyyppinä olion luokkaa.

String merkkijono = "merkkijono-olio";
Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Kohta tapahtuu huikeita");

Olion tyyppi voi olla muutakin kuin sen luokka. Esimerkiksi rajapinnan Luettava toteuttavan luokan Sahkokirja tyyppi on sekä Sahkokirja että Luettava. Samalla tavalla myös tekstiviestillä on monta tyyppiä. Koska luokka Tekstiviesti toteuttaa rajapinnan Luettava, on sillä tyypin Tekstiviesti lisäksi myös tyyppi Luettava.

Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Kohta tapahtuu huikeita");
Luettava luettava = new Tekstiviesti("ope", "Tekstiviesti on Luettava!");

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Metodi voi kutsua itse itseään.");

Luettava kirja = new Sahkokirja("Rekursion alkeet.", sivut);
for(int sivu = 0; sivu < kirja.sivuja(); sivu++) {
    System.out.println(kirja.lue());
}

Koska rajapintaa voidaan käyttää tyyppinä, on mahdollista luoda rajapintaluokan tyyppisiä olioita sisältävä lista.

ArrayList<Luettava> lukulista = new ArrayList<>();

lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "never been programming before..."));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "gonna love it i think!"));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "give me something more challenging! :)"));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "you think i can do it?"));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "up here we send several messages each day"));


ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Metodi voi kutsua itse itseään.");
lukulista.add(new Sahkokirja("Rekursion alkeet.", sivut));

for (Luettava luettava: lukulista) {
    System.out.println(luettava.lue());
}

Huomaa että vaikka rajapinnan Luettava toteuttava luokka Sahkokirja on aina rajapinnan tyyppinen, eivät kaikki Luettava-rajapinnan toteuttavat luokat ole tyyppiä Sahkokirja. Luokasta Sahkokirja tehdyn olion asettaminen Luettava-tyyppiseen muuttujaan onnistuu, mutta toiseen suuntaan asetus ei ole sallittua ilman erillistä tyyppimuunnosta.

Luettava luettava = new Tekstiviesti("ope", "Tekstiviesti on Luettava!"); // toimii
Tekstiviesti viesti = luettava; // ei toimi

Tekstiviesti muunnettuViesti = (Tekstiviesti) luettava; // toimii jos ja vain jos 
                                                        // luettava on tyyppiä Tekstiviesti

Tyyppimuunnos onnistuu jos ja vain jos muuttuja on oikeastikin sitä tyyppiä johon sitä yritetään muuntaa. Tyyppimuunnoksen käyttöä ei yleisesti suositella, ja lähes ainut sallittu paikka sen käyttöön on equals-metodin toteutuksessa.

41.2 Rajapinta metodin parametrina

Rajapintojen todelliset hyödyt tulevat esille kun niitä käytetään metodille annettavan parametrin tyyppinä. Koska rajapintaa voidaan käyttää muuttujan tyyppinä, voidaan sitä käyttää metodikutsuissa parametrin tyyppinä. Esimerkiksi seuraavan luokan Tulostin metodi tulosta saa parametrina Luettava-tyyppisen muuttujan.

public class Tulostin {
    public void tulosta(Luettava luettava) {
        System.out.println(luettava.lue());
    }
}

Luokan Tulostin tarjoaman metodin tulosta huikeus piilee siinä, että sille voi antaa parametrina minkä tahansa Luettava-rajapinnan toteuttavan luokan ilmentymän. Kutsummepa metodia millä tahansa Luettava-luokan toteuttaneen luokan oliolla, metodi osaa toimia oikein.

Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Huhhuh, tää tulostinkin osaa tulostaa näitä!");

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Lukujen {1, 3, 5} ja {2, 3, 4, 5} yhteisiä lukuja ovat {3, 5}.");
Sahkokirja kirja = new Sahkokirja("Yliopistomatematiikan perusteet.", sivut);

Tulostin tulostin = new Tulostin();
tulostin.tulosta(viesti);
tulostin.tulosta(kirja);

Huhhuh, tää tulostinkin osaa tulostaa näitä!
Lukujen {1, 3, 5} ja {2, 3, 4, 5} yhteisiä lukuja ovat {3, 5}.

Toteutetaan toinen luokka Lukulista, johon voidaan lisätä mielenkiintoisia luettavia asioita. Luokalla on oliomuuttujana ArrayList-luokan ilmentymä, johon luettavia asioita tallennetaan. Lukulistaan lisääminen tapahtuu lisaa-metodilla, joka saa parametrikseen Luettava-tyyppisen olion.

public class Lukulista {
    private ArrayList<Luettava> luettavat;

    public Lukulista() {
        this.luettavat = new ArrayList<>();
    }

    public void lisaa(Luettava luettava) {
        this.luettavat.add(luettava);
    }

    public int luettavia() {
        return this.luettavat.size();
    }
}

Lukulistat ovat yleensä luettavia, joten toteutetaan luokalle Lukulista rajapinta Luettava. Lukulistan lue-metodi lukee kaikki luettavat-listalla olevat oliot läpi, ja lisää yksitellen niiden lue()-metodin palauttaman merkkijonoon.

public class Lukulista implements Luettava {
    private ArrayList<Luettava> luettavat;

    public Lukulista() {
        this.luettavat = new ArrayList<>();
    }

    public void lisaa(Luettava luettava) {
        this.luettavat.add(luettava);
    }

    public int luettavia() {
        return this.luettavat.size();
    }

    public String lue() {
        String luettu = "";
        for(Luettava luettava: this.luettavat) {
            luettu += luettava.lue() + "\n";
        }

        // kun lukulista on luettu, tyhjennetään se
        this.luettavat.clear();
        return luettu;
    }
}

Lukulista joninLista = new Lukulista();
joninLista.lisaa(new Tekstiviesti("arto", "teitkö jo testit?"));
joninLista.lisaa(new Tekstiviesti("arto", "katsoitko jo palautukset?"));

System.out.println("Jonilla luettavia: " + joninLista.luettavia());

Jonilla luettavia: 2

Koska Lukulista on tyyppiä Luettava, voi lukulistalle lisätä Lukulista-olioita. Alla olevassa esimerkissä Jonilla on paljon luettavaa. Onneksi Verna tulee hätiin ja lukee viestit Jonin puolesta.

Lukulista joninLista = new Lukulista();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    joninLista.lisaa(new Tekstiviesti("arto", "teitkö jo testit?"));
}

System.out.println("Jonilla luettavia: " + joninLista.luettavia());
System.out.println("Delegoidaan lukeminen Vernalle");

Lukulista vernanLista = new Lukulista();
vernanLista.lisaa(joninLista);
vernanLista.lue();

System.out.println();
System.out.println("Jonilla luettavia: " + joninLista.luettavia());
  

Jonilla luettavia: 1000
Delegoidaan lukeminen Vernalle

Jonilla luettavia: 0

Ohjelmassa Vernan listalle kutsuttu lue-metodi käy kaikki sen sisältämät Luettava-oliot läpi, ja kutsuu niiden lue-metodia. Kutsuttaessa lue-metodia Vernan listalle käydään myös Vernan lukulistalla oleva Jonin lukulista läpi. Jonin lukulista käydään läpi kutsumalla sen lue-metodia. Jokaisen lue-metodin kutsun lopussa tyhjennetään juuri luettu lista. Eli Jonin lukulista tyhjenee kun Verna lukee sen.

Tässä on jo hyvin paljon viitteitä, kannattaa piirtää oliot paperille ja hahmotella miten vernanLista-oliolle tapahtuva metodikutsu lue etenee!

public interface Talletettava {
    double paino();
}

public static void main(String[] args) {
    Kirja kirja1 = new Kirja("Fedor Dostojevski", "Rikos ja Rangaistus", 2);
    Kirja kirja2 = new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1);
    Kirja kirja3 = new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.5);

    CDLevy cd1 = new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973);
    CDLevy cd2 = new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975);
    CDLevy cd3 = new CDLevy("Rendezvous Park", "Closer to Being Here", 2012);

    System.out.println(kirja1);
    System.out.println(kirja2);
    System.out.println(kirja3);
    System.out.println(cd1);
    System.out.println(cd2);
    System.out.println(cd3);
}

Fedor Dostojevski: Rikos ja Rangaistus
Robert Martin: Clean Code
Kent Beck: Test Driven Development
Pink Floyd: Dark Side of the Moon (1973)
Wigwam: Nuclear Nightclub (1975)
Rendezvous Park: Closer to Being Here (2012)

public static void main(String[] args) {
    Laatikko laatikko = new Laatikko(10);

    laatikko.lisaa(new Kirja("Fedor Dostojevski", "Rikos ja Rangaistus", 2)) ;
    laatikko.lisaa(new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1));
    laatikko.lisaa(new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.7));

    laatikko.lisaa(new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973));
    laatikko.lisaa(new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975));
    laatikko.lisaa(new CDLevy("Rendezvous Park", "Closer to Being Here", 2012));

    System.out.println(laatikko);
}

Laatikko: 6 esinettä, paino yhteensä 4.0 kiloa

public class Laatikko {
    //...

    public double paino() {
        double paino = 0;
        // laske laatikkoon talletettujen tavaroiden yhteispaino
        return paino;
    }
}

41.3 Rajapinta metodin paluuarvona

Kuten mitä tahansa muuttujan tyyppiä, myös rajapintaa voi käyttää metodin paluuarvona. Seuraavassa Tehdas, jota voi pyytää valmistamaan erilaisia Talletettava-rajapinnan toteuttavia oliota. Tehdas valmistaa aluksi satunnaisesti kirjoja ja levyjä.

public class Tehdas {
    public Tehdas(){
       // HUOM: parametritonta tyhjää konstruktoria ei ole pakko kirjoittaa, jos luokalla ei ole muita konstruktoreja
       // Java tekee automaattisesti tälläisissä tilanteissa luokalle oletuskonstruktorin eli parametrittoman tyhjän konstruktorin
    }

    public Talletettava valmistaUusi(){
        Random arpa = new Random();
        int luku = arpa.nextInt(4);
        if (luku == 0) {
            return new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973);
        } else if (luku == 1) {
            return new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975);
        } else if (luku == 2) {
            return new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1);
        } else {
            return new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.7);
        }
    }
}

Tehdasta on mahdollista käyttää tuntematta tarkalleen mitä erityyppisiä Talletettava-rajapinnan luokkia on olemassa. Seuraavassa luokka Pakkaaja, jolta voi pyytää laatikollisen esineitä. Pakkaaja tuntee tehtaan, jota se pyytää luomaan esineet:

public class Pakkaaja {
    private Tehdas tehdas;

    public Pakkaaja() {
        this.tehdas = new Tehdas();
    }

    public Laatikko annaLaatikollinen() {
         Laatikko laatikko = new Laatikko(100);

         for (int i = 0; i < 10; i++) {
             Talletettava uusiTavara = tehdas.valmistaUusi();
             laatikko.lisaa(uusiTavara);
         }

         return laatikko;
    }
}

Koska pakkaaja ei tunne rajapinnan Talletettava toteuttavia luokkia, on ohjelmaan mahdollisuus lisätä uusia luokkia jotka toteuttavat rajapinnan ilman tarvetta muuttaa pakkaajaa. Seuraavassa on luotu uusi Talletettava-rajapinnan toteuttava luokka, Suklaalevy. Tehdasta on muutettu siten, että se luo kirjojen ja cd-levyjen lisäksi suklaalevyjä. Luokka Pakkaaja toimii muuttamatta tehtaan laajennetun version kanssa.

public class Suklaalevy implements Talletettava {
    // koska Javan generoima oletuskonstruktori riittää, emme tarvitse konstruktoria!

    public double paino(){
        return 0.2;
    }
}

public class Tehdas {
    // koska Javan generoima oletuskonstruktori riittää, emme tarvitse konstruktoria!

    public Talletettava valmistaUusi() {
        Random arpa = new Random();
        int luku = arpa.nextInt(5);
        if (luku == 0) {
            return new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973);
        } else if (luku == 1) {
            return new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975);
        } else if (luku == 2) {
            return new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1 );
        } else if (luku == 3) {
            return new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.7);
        } else {
            return new Suklaalevy();
        }
    }
}

Rajapintojen käyttö ohjelmoinnissa mahdollistaa luokkien välisten riippuvaisuuksien vähentämisen. Esimerkissämme Pakkaaja ei ole riippuvainen rajapinnan Talletettava-toteuttavista luokista vaan ainoastaan rajapinnasta. Tämä mahdollistaa rajapinnan toteuttavien luokkien lisäämisen ohjelmaan ilman tarvetta muuttaa luokkaa Pakkaaja. Myöskään pakkaajan käyttäjiin rajapinnan toteuttavien luokkien lisääminen ei vaikuta. Vähäisemmät riippuvuudet helpottavat ohjelman laajennettavuutta.

41.4 Valmiit rajapinnat

Javan API tarjoaa huomattavan määrän valmiita rajapintoja. Tutustutaan tässä neljään ehkä Javan eniten käytettyyn rajapintaan: List, Map, Set ja Collection.

List

Rajapinta List määrittelee listoihin liittyvän peruskäyttäytymisen. Koska ArrayList-luokka toteuttaa List-rajapinnan, voi sitä käyttää myös List-rajapinnan kautta.

List<String> merkkijonot = new ArrayList<>();
merkkijonot.add("merkkijono-olio arraylist-oliossa!");

Kuten huomaamme List-rajapinnan Java API:sta, rajapinnan List toteuttavia luokkia on useita. Eräs tietojenkäsittelijöille tuttu listarakenne on linkitetty lista (linked list). Linkitettyä listaa voi käyttää rajapinnan List-kautta täysin samoin kuin ArrayLististä luotua oliota.

List<String> merkkijonot = new LinkedList<>();
merkkijonot.add("merkkijono-olio linkedlist-oliossa!");

Molemmat rajapinnan List toteutukset toimivat käyttäjän näkökulmasta samoin. Rajapinta siis abstrahoi niiden sisäisen toiminnallisuuden. ArrayListin ja LinkedListin sisäinen rakenne on kuitenkin huomattavan erilainen. ArrayList tallentaa alkioita taulukkoon, josta tietyllä indeksillä hakeminen on nopeaa. LinkedList taas rakentaa listan, jossa jokaisessa listan alkiossa on viite seuraavan listan alkioon. Kun linkitetyssä listassa haetaan alkiota tietyllä indeksillä, tulee listaa käydä läpi alusta indeksiin asti.

Isoilla listoille voimme nähdä huomattaviakin suorituskykyeroja. Linkitetyn listan vahvuutena on se, että listaan lisääminen on aina nopeaa. ArrayListillä taas taustalla on taulukko, jota täytyy kasvattaa aina kun se täyttyy. Taulukon kasvattaminen vaatii uuden taulukon luonnin ja vanhan taulukon tietojen kopioinnin uuteen taulukkoon. Toisaalta, indeksin perusteella hakeminen on Arraylististä erittäin nopeaa, kun taas linkitetyssä listassa joudutaan käymään listan alkioita yksitellen läpi tiettyyn indeksiin pääsemiseksi. Tietorakenteiden kuten linkitetyn listan ja ArrayListin sisäisestä toteutuksesta tulee lisää tietoa kurssilla Tietorakenteet ja algoritmit.

Tällä ohjelmointikurssilla eteen tulevissa tilanteissa kannattanee käytännössä valita aina ArrayList. Rajapintoihin ohjelmointi kuitenkin kannattaa: toteuta ohjelmasi siten, että käytät tietorakenteita rajapintojen kautta.

Map

Rajapinta Map määrittelee hajautustauluihin liittyvän peruskäyttäytymisen. Koska HashMap-luokka toteuttaa Map-rajapinnan, voi sitä käyttää myös Map-rajapinnan kautta.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

Hajautustaulun avaimet saa hajautustaulusta keySet-metodin avulla.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

for(String key: kaannokset.keySet()) {
    System.out.println(key + ": " + kaannokset.get(key));
}

gambatte: tsemppiä
hai: kyllä

Metodi keySet palauttaa Set-rajapinnan toteuttavan joukon alkioita. Set-rajapinnan toteuttavan joukon voi käydä läpi for-each -toistorakenteella. Hajautustaulusta saa talletetut arvot metodin values-avulla. Metodi values palauttaa Collection rajapinnan toteuttavan joukon alkioita. Tutustutaan vielä pikaisesti Set- ja Collection-rajapintoihin.

Set

Rajapinta Set kuvaa joukkoihin liittyvää toiminnallisuutta. Javassa joukot sisältävät aina joko 0 tai 1 kappaletta tiettyä oliota. Set-rajapinnan toteuttaa muun muassa HashSet. Joukon alkioita pystyy käymään läpi for-each -rakenteen avulla seuraavasti.

Set<String> joukko = new HashSet<>();
joukko.add("yksi");
joukko.add("yksi");
joukko.add("kaksi");

for (String alkio: joukko) {
    System.out.println(alkio);
}

yksi
kaksi

Huomaa että HashSet ei ota millään tavalla kantaa joukon alkioiden järjestykseen.

Collection

Rajapinta Collection kuvaa kokoelmiin liittyvää toiminnallisuutta. Javassa muun muassa listat ja joukot ovat kokoelmia -- rajapinnat List ja Set toteuttavat rajapinnan Collection. Kokoelmarajapinta tarjoaa metodit muun muassa alkioiden olemassaolon tarkistamiseen (metodi contains) ja kokoelman koon tarkistamiseen (metodi size).

Kaikkia kokoelmarajapinnan toteuttavia luokkia voi käydä läpi for-each -toistolausekkeella.

Luodaan vielä hajautustaulu ja käydään erikseen läpi siihen liittyvät avaimet ja arvot.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

Set<String> avaimet = kaannokset.keySet();
Collection<String> avainKokoelma = avaimet;

System.out.println("Avaimet:");
for(String avain: avainKokoelma) {
    System.out.println(avain);
}

System.out.println();
System.out.println("Arvot:");
Collection<String> arvot = kaannokset.values();
for(String arvo: arvot) {
    System.out.println(arvo);
}

Avaimet:
gambatte
hai

Arvot:
kyllä
tsemppiä

Myös seuraavanlainen hajautustaulun käyttö olisi luonut saman tulostuksen.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

System.out.println("Avaimet:");
for(String avain: kaannokset.keySet()) {
    System.out.println(avain);
}

System.out.println();
System.out.println("Arvot:");
for(String arvo: kaannokset.values()) {
    System.out.println(arvo);
}

Seuraavassa tehtävässä rakennetaan verkkokauppa ja harjoitellaan luokkien käyttämistä niiden tarjoamien rajapintojen kautta.

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("maito", 3, 10);
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 7);

System.out.println("hinnat:");
System.out.println("maito:  " + varasto.hinta("maito"));
System.out.println("kahvi:  " + varasto.hinta("kahvi"));
System.out.println("sokeri: " + varasto.hinta("sokeri"));

hinnat:
maito:  3
kahvi:  5
sokeri: -99

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 1);

System.out.println("saldot:");
System.out.println("kahvi:  " + varasto.saldo("kahvi"));
System.out.println("sokeri: " + varasto.saldo("sokeri"));

System.out.println("otetaan kahvi " + varasto.ota("kahvi"));
System.out.println("otetaan kahvi " + varasto.ota("kahvi"));
System.out.println("otetaan sokeri " + varasto.ota("sokeri"));

System.out.println("saldot:");
System.out.println("kahvi:  " + varasto.saldo("kahvi"));
System.out.println("sokeri: " + varasto.saldo("sokeri"));

saldot:
kahvi:  1
sokeri: 0
otetaan kahvi true
otetaan kahvi false
otetaan sokeri false
saldot:
kahvi:  0
sokeri: 0

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("maito", 3, 10);
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 6);
varasto.lisaaTuote("piimä", 2, 20);
varasto.lisaaTuote("jugurtti", 2, 20);

System.out.println("tuotteet:");
for (String tuote : varasto.tuotteet()) {
    System.out.println(tuote);
}

tuotteet:
piimä
jugurtti
kahvi
maito

Ostos ostos = new Ostos("maito", 4, 2);
System.out.println("ostoksen joka sisältää 4 maitoa yhteishinta on " + ostos.hinta());
System.out.println(ostos);
ostos.kasvataMaaraa();
System.out.println(ostos);

ostoksen joka sisältää 4 maitoa yhteishinta on 8
maito: 4
maito: 5

Ostoskori kori = new Ostoskori();
kori.lisaa("maito", 3);
kori.lisaa("piimä", 2);
kori.lisaa("juusto", 5);
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta());
kori.lisaa("tietokone", 899);
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta());

korin hinta: 10
korin hinta: 909

piimä: 1
juusto: 1
tietokone: 1
maito: 1

Ostoskori kori = new Ostoskori();
kori.lisaa("maito", 3);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

kori.lisaa("piimä", 2);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

kori.lisaa("maito", 3);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

kori.lisaa("maito", 3);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

maito: 1
korin hinta: 3

piimä: 1
maito: 1
korin hinta: 5

piimä: 1
maito: 2
korin hinta: 8

piimä: 1
maito: 3
korin hinta: 11

import java.util.Scanner;

public class Kauppa {

    private Varasto varasto;
    private Scanner lukija;

    public Kauppa(Varasto varasto, Scanner lukija) {
        this.varasto = varasto;
        this.lukija = lukija;
    }

    // metodi jolla hoidetaan yhden asiakkaan asiointi kaupassa
    public void asioi(String asiakas) {
        Ostoskori kori = new Ostoskori();
        System.out.println("Tervetuloa kauppaan " + asiakas);
        System.out.println("valikoimamme:");

        for (String tuote : varasto.tuotteet()) {
            System.out.println( tuote );
        }

        while (true) {
            System.out.print("mitä laitetaan ostoskoriin (pelkkä enter vie kassalle):");
            String tuote = lukija.nextLine();
            if (tuote.isEmpty()) {
                break;
            }

            // tee tänne koodi joka lisää tuotteen ostoskoriin jos sitä on varastossa
            // ja vähentää varastosaldoa
            // älä koske muuhun koodiin!

        }

        System.out.println("ostoskorissasi on:");
        kori.tulosta();
        System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta());
    }
}

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 10);
varasto.lisaaTuote("maito", 3, 20);
varasto.lisaaTuote("piimä", 2, 55);
varasto.lisaaTuote("leipä", 7, 8);

Kauppa kauppa = new Kauppa(varasto, new Scanner(System.in));
kauppa.asioi("Pekka");

42 Geneerisyys

Olemme viikosta kolme lähtien kertoneet listaa luodessa listan sisältämän olion tyypin. Esimerkiksi String-tyyppisiä olioita sisältävä lista on esitelty muodossa ArrayList<String>. Tässä on kuitenkin ihmetyttänyt se, että miten ihmeessä listat ja muutkin tietorakenteet voivat sisältää erityyppisiä oliota.

Geneerisyys (generics) liittyy olioita säilövien luokkien tapaan säilöä vapaavalintaisen tyyppisiä olioita. Vapaavalintaisuus perustuu luokkien määrittelyssä käytettyyn geneeriseen tyyppiparametriin, jonka avulla voidaan määritellä olion luontivaiheessa valittavia tyyppejä. Luokan geneerisyys määritellään antamalla luokan nimen jälkeen haluttu määrä luokan tyyppiparametreja pienempi kuin ja suurempi kuin -merkkien väliin. Toteutetaan oma geneerinen luokka Lokero, johon voi asettaa yhden minkälaisen tahansa olion.

public class Lokero<T> {
    private T alkio;

    public void asetaArvo(T alkio) {
        this.alkio = alkio;
    }

    public T haeArvo() {
        return alkio;
    }
}

Määrittely public class Lokero<T> kertoo että luokalle Lokero tulee antaa konstruktorissa tyyppiparametri. Konstruktorikutsun jälkeen kaikki olion sisäiset muuttujat tulevat olemaan kutsun yhteydessä annettua tyyppiä. Luodaan merkkijonon tallentava lokero.

Lokero<String> merkkijono = new Lokero<>();
merkkijono.asetaArvo(":)");

System.out.println(merkkijono.haeArvo());

:)

Tyyppiparametria vaihtamalla voidaan luoda myös muuntyyppisiä olioita tallentavia Lokero-olioita. Esimerkiksi kokonaisluvun saa tallennettua seuraavasti

Lokero<Integer> luku = new Lokero<>();
luku.asetaArvo(5);

System.out.println(luku.haeArvo());

5

Samalla tavalla ohjelmoija voisi toteuttaa esimerkiksi luokan Pari, mihin voi laittaa kaksi halutun tyyppistä oliota.

public class Pari<T, K> {
    private T eka;
    private K toka;

    public void asetaArvot(T eka, K toka) {
        this.eka = eka;
        this.toka = toka;
    }

    public T haeEka() {
        return this.eka;
    }

    public K haeToka() {
        return this.toka;
    }
}

Huomattava osa Javan tietorakenteista mahdollistaa eri tyyppisten muuttujien käytön. Esimerkiksi ArrayList saa yhden tyyppiparametrin, HashMap kaksi.

List<String> merkkijonot = new ArrayList<>();
Map<String, String> avainArvoParit = new HashMap<>();

Jatkossa kun näet esimerkiksi tyypin ArrayList<String> tiedät että sen sisäisessä rakenteessa on käytetty geneeristä tyyppiparametria.

42.1 Geneerisyyttä hyödyntävä rajapinta: Comparable

Normaalien rajapintojen lisäksi Javassa on geneerisyyttä hyödyntäviä rajapintoja. Geneerisille rajapinnoille määritellään sisäisten arvojen tyypit samalla tavalla kuin geneerisille luokille. Tutkitaan Javan valmista rajapintaa Comparable. Rajapinta Comparable määrittelee metodin compareTo, jonka tulee palauttaa this-olion paikan vertailujärjestyksessä verrattuna parametrina annettuun olioon (negatiivinen luku, 0 tai positiivinen luku). Jos this-olio on vertailujärjestyksessä ennen parametrina saatavaa olioa, tulee metodin palauttaa negatiivinen luku, jos taas parametrina saatava olio on järjestyksessä ennen, tulee metodin palauttaa positiivinen luku. Jos oliot ovat vertailujärjestykseltään samat, palautetaan 0. Vertailujärjestyksellä tarkoitetaan tässä ohjelmoijan määrittelemää olioiden "suuruusjärjestystä", eli jos oliot järjestetään sort-metodilla, mikä on niiden järjestys.

Yksi Comparable-rajapinnan eduista on se, että se mahdollistaa Comparable-tyyppisistä alkioista koostuvan listan järjestämisen esimerkiksi standardikirjaston Collections.sort-metodin avulla. Collections.sort käyttää listan alkioiden compareTo-metodia selvittääkseen, missä järjestyksessä alkoiden kuuluisi olla. Tätä compareTo-metodin avulla johdettua järjestystä kutsutaan luonnolliseksi järjestykseksi (natural ordering).

Luodaan luokka Kerholainen, joka kuvaa kerhossa käyvää lasta tai nuorta. Jokaisella kerholaisella on nimi ja pituus. Kerholaisten tulee mennä aina syömään pituusjärjestyksessä, joten toteutetaan kerholaisille rajapinta Comparable. Comparable-rajapinta ottaa tyyppiparametrinaan myös luokan, johon sitä verrataan. Käytetään tyyppiparametrina luokkaa Kerholainen-luokkaa.

public class Kerholainen implements Comparable<Kerholainen> {
    private String nimi;
    private int pituus;

    public Kerholainen(String nimi, int pituus) {
        this.nimi = nimi;
        this.pituus = pituus;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getPituus() {
        return this.pituus;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.getNimi() + " (" + this.getPituus() + ")";
    }

    @Override
    public int compareTo(Kerholainen kerholainen) {
        if(this.pituus == kerholainen.getPituus()) {
            return 0;
        } else if (this.pituus > kerholainen.getPituus()) {
            return 1;
        } else {
            return -1;
        }
    }
}

Rajapinnan vaatima metodi compareTo palauttaa kokonaisluvun, joka kertoo vertausjärjestyksestä. Koska compareTo()-metodista riittää palauttaa negatiivinen luku, jos this-olio on pienempi kuin parametrina annettu olio ja nolla, kun pituudet ovat samat, voidaan edellä esitelty metodi compareTo toteuttaa myös seuraavasti:

@Override
public int compareTo(Kerholainen kerholainen) {
    return this.pituus - kerholainen.getPituus();
}

Kerholaisten järjestäminen on nyt helppoa.

List<Kerholainen> kerholaiset = new ArrayList<>();
kerholaiset.add(new Kerholainen("mikael", 182));
kerholaiset.add(new Kerholainen("matti", 187));
kerholaiset.add(new Kerholainen("joel", 184));

System.out.println(kerholaiset);
Collections.sort(kerholaiset);
System.out.println(kerholaiset);

[mikael (182), matti (187), joel (184)]
[mikael (182), joel (184), matti (187)]

Jos kerholaiset haluaa järjestää käänteiseen järjestykseen, riittää vain compareTo-metodissa olevien muuttujien paikan vaihtaminen.

public class Kortti {
    public static final int RISTI  = 0;
    public static final int RUUTU  = 1;
    public static final int HERTTA = 2;
    public static final int PATA   = 3;

    // ...
}
      

Kortti eka = new Kortti(2, Kortti.RUUTU);
Kortti toka = new Kortti(14, Kortti.PATA);
Kortti kolmas = new Kortti(12, Kortti.HERTTA);

System.out.println(eka);
System.out.println(toka);
System.out.println(kolmas);

Ruutu 2
Pata A
Hertta Q

Kasi kasi = new Kasi();

kasi.lisaa(new Kortti(2, Kortti.RUUTU));
kasi.lisaa(new Kortti(14, Kortti.PATA));
kasi.lisaa(new Kortti(12, Kortti.HERTTA));
kasi.lisaa(new Kortti(2, Kortti.PATA));

kasi.tulosta();

Ruutu 2
Pata A
Hertta Q
Pata 2

Kasi kasi = new Kasi();

kasi.lisaa(new Kortti(2, Kortti.RUUTU));
kasi.lisaa(new Kortti(14, Kortti.PATA));
kasi.lisaa(new Kortti(12, Kortti.HERTTA));
kasi.lisaa(new Kortti(2, Kortti.PATA));

kasi.jarjesta();

kasi.tulosta();

Ruutu 2
Pata 2
Hertta Q
Pata A

Kasi kasi1 = new Kasi();

kasi1.lisaa(new Kortti(2, Kortti.RUUTU));
kasi1.lisaa(new Kortti(14, Kortti.PATA));
kasi1.lisaa(new Kortti(12, Kortti.HERTTA));
kasi1.lisaa(new Kortti(2, Kortti.PATA));

Kasi kasi2 = new Kasi();

kasi2.lisaa(new Kortti(11, Kortti.RUUTU));
kasi2.lisaa(new Kortti(11, Kortti.PATA));
kasi2.lisaa(new Kortti(11, Kortti.HERTTA));

int vertailu = kasi1.compareTo(kasi2);

if (vertailu < 0) {
  System.out.println("arvokkaampi käsi sisältää kortit");
  kasi2.tulosta();
} else if (vertailu > 0){
  System.out.println("arvokkaampi käsi sisältää kortit");
  kasi1.tulosta();
} else {
  System.out.println("kädet yhtä arvokkaat");
}

arvokkaampi käsi sisältää kortit
Ruutu J
Pata J
Hertta J

import java.util.Comparator;

public class SamatMaatVierekkain implements Comparator<Kortti> {
    public int compare(Kortti k1, Kortti k2) {
        return k1.getMaa() - k2.getMaa();
    }
}

ArrayList<Kortti> kortit = new ArrayList<>();

kortit.add(new Kortti(3, Kortti.PATA));
kortit.add(new Kortti(2, Kortti.RUUTU));
kortit.add(new Kortti(14, Kortti.PATA));
kortit.add(new Kortti(12, Kortti.HERTTA));
kortit.add(new Kortti(2, Kortti.PATA));

SamatMaatVierekkain samatMaatVierekkainJarjestaja = new SamatMaatVierekkain();
Collections.sort(kortit, samatMaatVierekkainJarjestaja);

for (Kortti k : kortit) {
    System.out.println(k);
}

Ruutu 2
Hertta Q
Pata 3
Pata A
Pata 2

Collections.sort(kortit, new SamatMaatVierekkain());

Kasi kasi = new Kasi();

kasi.lisaa(new Kortti(12, Kortti.HERTTA));
kasi.lisaa(new Kortti(4, Kortti.PATA));
kasi.lisaa(new Kortti(2, Kortti.RUUTU));
kasi.lisaa(new Kortti(14, Kortti.PATA));
kasi.lisaa(new Kortti(7, Kortti.HERTTA));
kasi.lisaa(new Kortti(2, Kortti.PATA));

kasi.jarjestaMaittain();

kasi.tulosta();

Ruutu 2
Hertta 7
Hertta Q
Pata 2
Pata 4
Pata A

43 Collections

Luokkakirjasto Collections on Javan yleishyödyllinen kokoelmaluokkiin liittyvä kirjasto. Kuten tiedämme, Collections tarjoaa metodit olioiden järjestämiseen joko Comparable- tai Comparator -rajapinnan kautta. Järjestämisen lisäksi luokkakirjaston avulla voi etsiä esimerkiksi minimi- (min-metodi) tai maksimialkioita (max-metodi), hakea tiettyä arvoa (binarySearch-metodi), tai kääntää listan (reverse-metodi).

43.1 Hakeminen

Collections-luokkakirjasto tarjoaa valmiiksi toteutetun binäärihaun. Metodi binarySearch() palauttaa haetun alkion indeksin listasta jos se löytyy. Jos alkiota ei löydy, hakualgoritmi palauttaa negatiivisen arvon. Metodi binarySearch() käyttää Comparable-rajapintaa haetun olion löytämiseen. Jos olion compareTo()-metodi palauttaa arvon 0, eli olio on sama, ajatellaan arvon löytyneen.

Kerholainen-luokkamme vertaa pituuksia compareTo()-metodissaan, eli listasta etsiessä etsisimme samanpituista kerholaista.

List<Kerholainen> kerholaiset = new ArrayList<>();
kerholaiset.add(new Kerholainen("mikael", 182));
kerholaiset.add(new Kerholainen("matti", 187));
kerholaiset.add(new Kerholainen("joel", 184));

Collections.sort(kerholaiset);

Kerholainen haettava = new Kerholainen("Nimi", 180);
int indeksi = Collections.binarySearch(kerholaiset, haettava);
if(indeksi >= 0) {
    System.out.println("180 senttiä pitkä löytyi indeksistä " + indeksi);
    System.out.println("nimi: " + kerholaiset.get(indeksi).getNimi());
}

haettava = new Kerholainen("Nimi", 187);
int indeksi = Collections.binarySearch(kerholaiset, haettava);
if(indeksi >= 0) {
    System.out.println("187 senttiä pitkä löytyi indeksistä " + indeksi);
    System.out.println("nimi: " + kerholaiset.get(indeksi).getNimi());
}

Esimerkkimme tulostaa seuraavaa

187 senttiä pitkä löytyi indeksistä 2
nimi: matti

Huomaa että esimerkissä kutsuttiin myös metodia Collections.sort(). Tämä tehdään sen takia, että binäärihakua ei voida tehdä jos taulukko tai lista ei ole valmiiksi järjestyksessä.

Kumpulan mäkiviikot

Syötä kilpailun osallistujat yksi kerrallaan, tyhjällä merkkijonolla siirtyy hyppyvaiheeseen.
  Osallistujan nimi: Mikael
  Osallistujan nimi: Mika
  Osallistujan nimi:

Kilpailu alkaa!

Kirjoita "hyppaa" niin hypätään, muuten lopetetaan: hyppaa

1. kierros

Hyppyjärjestys:
  1. Mikael (0 pistettä)
  2. Mika (0 pistettä)

Kierroksen 1 tulokset
  Mikael
    pituus: 95
    tuomaripisteet: [15, 11, 10, 14, 14]
  Mika
    pituus: 112
    tuomaripisteet: [14, 12, 18, 18, 17]

Kirjoita "hyppaa" niin hypätään, muuten lopetetaan: hyppaa

2. kierros

Hyppyjärjestys:
  1. Mikael (134 pistettä)
  2. Mika (161 pistettä)

Kierroksen 2 tulokset
  Mikael
    pituus: 96
    tuomaripisteet: [20, 19, 15, 13, 18]
  Mika
    pituus: 61
    tuomaripisteet: [12, 11, 15, 17, 11]

Kirjoita "hyppaa" niin hypätään, muuten lopetetaan: hyppaa

3. kierros

Hyppyjärjestys:
  1. Mika (260 pistettä)
  2. Mikael (282 pistettä)

Kierroksen 3 tulokset
  Mika
    pituus: 88
    tuomaripisteet: [11, 19, 13, 10, 15]
  Mikael
    pituus: 63
    tuomaripisteet: [12, 19, 19, 12, 12]

Kirjoita "hyppaa" niin hypätään, muuten lopetetaan: lopeta

Kiitos!

Kilpailun lopputulokset:
Sija    Nimi
1       Mikael (388 pistettä)
          hyppyjen pituudet: 95 m, 96 m, 63 m
2       Mika (387 pistettä)
          hyppyjen pituudet: 112 m, 61 m, 88 m

Screencast jossa tehdään tähän asti oppimiamme ydinasioita hyödyntävä hieman isompi sovellus: