Clases Wrapper (elvoltorio) en Java

Definición y uso de clases envoltorio

En ocasiones es muy conveniente poder tratar los datos primitivos (int, boolean, etc.) como objetos. Por ejemplo, los contenedores definidos por el API en el package java.util (Arrays dinámicos, listas enlazadas, colecciones, conjuntos, etc.) utilizan como unidad de almacenamiento la clase Object. Dado que Object es la raíz de toda la jerarquía de objetos en Java, estos contenedores pueden almacenar cualquier tipo de objetos. Pero los datos primitivos no son objetos, con lo que quedan en principio excluidos de estas posibilidades.

Para resolver esta situación el API de Java incorpora las clases envoltorio (wrapper class), que no son más que dotar a los datos primitivos con un envoltorio que permita tratarlos como objetos. Por ejemplo podríamos definir una clase envoltorio para los enteros, de forma bastante sencilla, con:

public class Entero {
    private int valor;

    Entero(int valor) {
        this.valor = valor;
    }

    int intValue() {
        return valor;
    }
}

La API de Java hace innecesario esta tarea al proporcionar un conjunto completo de clases envoltorio para todos los tipos primitivos. Adicionalmente a la funcionalidad básica que se muestra en el ejemplo las clases envoltorio proporcionan métodos de utilidad para la manipulación de datos primitivos (conversiones de / hacia datos primitivos, conversiones a String, etc.)

Las clases envoltorio existentes son:

• Byte para byte.
• Short para short.
• Integer para int.
• Long para long.
• Boolean para boolean.
• Float para float.
• Double para double.
• Character para char.

Observese que las clases envoltorio tienen siempre la primera letra en mayúsculas.

Las clases envoltura se usan como cualquier otra:

Integer i = new Integer(5);
int x = i.intValue();

Hay que tener en cuenta que las operaciones aritméticas habituales (suma, resta, multiplicación, etc.) están definidas solo para los datos primitivos por lo que las clases envoltura no sirven para este fin.

Las variables primitivas tienen mecanismos de reserva y liberación de memoria más eficaces y rápidos que los objetos por lo que deben usarse datos primitivos en lugar de sus correspondientes envolturas siempre que se pueda.

Resumen de métodos de Integer

Las clases envoltorio proporcionan también métodos de utilidad para la manipulación de datos primitivos. La siguiente tabla muestra un resumen de los métodos disponibles para la clase Integer.

Método	Descripción
Integer(int valor) Integer(String valor)	Constructores a partir de int y String.
int intValue() / byte byteValue() / float floatValue() . . .	Devuelve el valor en distintos formatos, int, long, float, etc.
boolean equals(Object obj)	Devuelve true si el objeto con el que se compara es un Integer y su valor es el mismo.
static Integer getInteger(String s)	Devuelve un Integer a partir de una cadena de caracteres. Estático.
static int parseInt(String s)	Devuelve un int a partir de un String. Estático.
static String toBinaryString(int i) static String toOctalString(int i) static String toHexString(int i) static String toString(int i)	Convierte un entero a su representación en String en binario, octal, hexadecimal, etc. Estáticos.
String toString()	Convierte a String (devuelve una cadena) cualquier objeto Java.
static Integer valueOf(String s)	Devuelve un Integer a partir de un String. Estático.

El API de Java contiene una descripción completa de todas las clases envoltorio en el package java.lang.

REFERENCIAS:       arrakis

Excepciones y categorías

Las excepciones son el mecanismo por el cual pueden controlarse en un programa Java las condiciones de error que se producen. Estas condiciones de error pueden ser errores en la lógica del programa como un índice de un array fuera de su rango, una división por cero o errores disparados por los propios objetos que denuncian algún tipo de estado no previsto, o condición que no pueden manejar.

La idea general es que cuando un objeto encuentra una condición que no sabe manejar crea y dispara una excepción que deberá ser capturada por el que le llamó o por alguien más arriba en la pila de llamadas. Las excepciones son objetos que contienen información del error que se ha producido y que heredan de la clase Throwable o de la clase Exception. Si nadie captura la excepción interviene un manejador por defecto que normalmente imprime información que ayuda a encontrar quién produjo la excepción.

Existen dos categorías de excepciones:

• Excepciones verificadas: El compilador obliga a verificarlas. Son todas las que son lanzadas explicitamente por objetos de usuario.
• Excepciones no verificadas: El compilador no obliga a su verificación. Son excepciones como divisiones por cero, excepciones de puntero nulo, o índices fuera de rango.

Generación de excepciones

Supongamos que tenemos una clase Empresa que tiene un array de objetos Empleado (clase vista en capítulos anteriores). En esta clase podríamos tener métodos para contratar un Empleado (añadir un nuevo objeto al array), despedirlo (quilarlo del array) u obtener el nombre a partir del número de empleado. La clase podría ser algo así como lo siguiente:

public class Empresa {
    String nombre;
    Empleado [] listaEmpleados;
    int totalEmpleados = 0;
    . . .
    Empresa(String n, int maxEmp) {
        nombre = n;
        listaEmpleados = new Empleado [maxEmp];
    }
    . . .
    void nuevoEmpleado(String nombre, int sueldo) {
        if (totalEmpleados < listaEmpleados.length ) {
            listaEmpleados[totalEmpleados++] = new Empleado(nombre,sueldo);
        }
    }
}

Observese, que en el método nuevoEmpleado se comprueba que hay sitio en el array para almacenar la referencia al nuevo empleado. Si lo hay se crea el objeto. Pero si no lo hay, el método no hace nada más. No da ninguna indicación de si la operación ha tenido éxito o no. Se podría hacer una modificación para que, por ejemplo el método devolviera un valor booleano true si la operación se ha completado con éxito y false si ha habido algún problema.

Otra posibilidad es generar una excepción verificada (Una excepción no verificada se produciría si no se comprobara si el nuevo empleado va a caber o no en el array). Veamos como se haría esto.

Las excepciones son clases, que heredan de la clase genérica Exception. Es necesario por tanto, asignar un nombre a nuestra excepción. Se suelen asignar nombres que den alguna idea del tipo de error que controlan. En nuestro ejemplo le vamos a llamar CapacidadEmpresaExcedida.

Para que un método lance una excepción:

• Debe declarar el tipo de excepción que lanza con la cláusula throws, en su declaración.
• Debe lanzar la excepción, en el punto del código adecuado con la sentencia throw.

En nuestro ejemplo:

void nuevoEmpleado(String nombre, int sueldo) throws CapacidadEmpresaExcedida {
    if (totalEmpleados < listaEmpleados.length) {
        listaEmpleados[totalEmpleados++] = new Empleado(nombre,sueldo);
    }
    else throw new CapacidadEmpresaExcedida(nombre);
}

Además, necesitamos escribir la clase CapacidadEmpresaExcedida. Sería algo así:

public class CapacidadEmpresaExcedida extends Exception {

    CapacidadEmpresaExcedida(String nombre) {
        super("No es posible añadir el empleado " + nombre);
    }
    . . .
}

La sentencia throw crea un objeto de la clase CapacidadEmpresaExcedida. El constructor tiene un argumento (el nombre del empleado). El constructor simplemente llama al constructor de la superclase pasándole como argumento un texto explicativo del error ( y el nombre del empleado que no se ha podido añadir).

La clase de la excepción puede declarar otros métodos o guardar datos de depuración que se consideren oportunos. El único requisito es que extienda la clase Exception. Consultar la documentación del API para ver una descripción completa de la clase Exception.

De esta forma se pueden construir métodos que generen excepciones.

Captura de excepciones

Con la primera versión del método nuevoEmpleado (sin excepción) se invocaría este método de la siguiente forma:

Empresa em = new Empresa("La Primera");
em.nuevoEmpleado("Carlos Fernández",500);

Si se utilizara este formato en el segundo caso (con excepción) el compilador produciría un error indicando que no se ha capturado la excepción verificada lanzada por el método nuevoEmpleado. Para capturar la excepción es utiliza la construcción try/catch, de la siguiente forma:

Empresa em = new Empresa("La Primera");
try {
    em.nuevoEmpleado("Carlos Fernández",500);
}
catch (CapacidadEmpresaExcedida exc) {
    System.out.println(exc.toString());
    System.exit(1);
}

• Se encierra el código que puede lanzar la excepción en un bloque try/catch.
• A continuación del catch se indica que tipo de excepción se va a capturar.
• Después del catch se escribe el código que se ejecutará si se lanza la excepción.
• Si no se lanza la excepción el bloque catch no se ejecuta.

El formato general del bloque try/catch es:

try {
    . . .
}
catch (Clase_Excepcion nombre) { . . .}
catch (Clase_Excepcion nombre) { . . .}
. . .

Observese que se puede capturar más de un tipo de excepción declarando más de una sentencia catch. También se puede capturar una excepción genérica (clase Exception) que engloba a todas las demás.

En ocasiones el código que llama a un método que dispara una excepción tampoco puede (o sabe) manejar esa excepción. Si no sabe que hacer con ella puede de nuevo lanzarla hacia arriba en la pila de llamada para que la gestione quien le llamo (que a su vez puede capturarla o reenviarla). Cuando un método no tiene intención de capturar la excepción debe declararla metdiante la cláusula throws, tal como hemos visto en el método que genera la excepción.

Supongamos que, en nuestro ejemplo es el método main de una clase el que invoca el método nuevoEmpleado. Si no quiere capturar la excepción debe hacer lo siguiente:

public static void main(String [] args) throws CapacidadEmpresaExcedida {
    Empresa em = new Empresa("La Primera");
    em.nuevoEmpleado("Carlos Fernández",500);
}

Cláusula finally

La cláusula finally forma parte del bloque try/catch y sirve para especificar un bloque de código que se ejecutará tanto si se lanza la excepción como si no. Puede servir para limpieza del estado interno de los objetos afectados o para liberar recursos externos (descriptores de fichero, por ejemplo). La sintaxis global del bloque try/catch/finally es:

try {
    . . .
}
catch (Clase_Excepcion nombre) { . . .}
catch (Clase_Excepcion nombre) { . . .}
. . .
finally { . . .}

REFERENCIAS:       arrakis

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El modificador de acceso protected

El modificador de acceso protected es una combinación de los accesos que proporcionan los modificadores public y private. protected proporciona acceso público para las clases derivadas y acceso privado (prohibido) para el resto de clases.

Por ejemplo, si en la clase Empleado definimos:

class Empleado {
    protected int sueldo;
    . . .
}

entonces desde la clase Ejecutivo se puede acceder al dato miembro sueldo, mientras que si se declara private no.

Up-casting y Down-casting

Siguiendo con el ejemplo de los apartados anteriores, dado que un Ejecutivo ES un Empleado se puede escribir la sentencia:

Empleado emp = new Ejecutivo("Máximo Dueño" , 2000);

Aquí se crea un objeto de la clase Ejecutivo que se asigna a una referencia de tipo Empleado. Esto es posible y no da error ni al compilar ni al ejecutar porque Ejecutivo es una clase derivada de Empleado. A esta operación en que un objeto de una clase derivada se asigna a una referencia cuyo tipo es alguna de las superclases se denomina 'upcasting'.

Cuando se realiza este tipo de operaciones, hay que tener cuidado porque para la referencia emp no existen los miembros de la clase Ejecutivo, aunque la referencia apunte a un objeto de este tipo. Así, las expresiones:

emp.aumentarSueldo(3);    // 1. ok. aumentarSueldo es de Empleado
emp.asignarPresupuesto(1500);    // 2. error de compilación

En la primera expresión no hay error porque el método aumentarSueldo está definido en la clase Empleado. En la segunda expresión se produce un error de compilación porque el método asignarPresupuesto no existe para la clase Empleado.

Por último, la situación para el método toString es algo más compleja. Si se invoca el método:

emp.toString();    // se invoca el metodo toString de Ejecutivo

el método que resultará llamado es el de la clase Ejecutivo. toString existe tanto para Empleado como para Ejecutivo, por lo que el compilador Java no determina en el momento de la compilación que método va a usarse. Sintácticamente la expresión es correcta. El compilador retrasa la decisión de invocar a un método o a otro al momento de la ejecución. Esta técnica se conoce con el nombre de dinamic binding o late binding. En el momento de la ejecución la JVM comprueba el contenido de la referencia emp. Si apunta a un objeto de la clase Empleado invocará al método toString de esta clase. Si apunta a un objeto Ejecutivo invocará por el contrario al método toString de Ejecutivo.

Operador cast

Si se desea acceder a los métodos de la clase derivada teniendo una referencia de una clase base, como en el ejemplo del apartado anterior hay que convertir explicitamente la referencia de un tipo a otro. Esto se hace con el operador de cast de la siguiente forma:

Empleado emp = new Ejecutivo("Máximo Dueño" , 2000);
Ejecutivo ej = (Ejecutivo)emp;    // se convierte la referencia de tipo
ej.asignarPresupuesto(1500);

La expresión de la segunda línea convierte la referencia de tipo Empleado asignándola a una referencia de tipo Ejecutivo. Para el compilador es correcto porque Ejecutivo es una clase derivada de Empleado. En tiempo de ejecución la JVM convertirá la referencia si efectivamente emp apunta a un objeto de la clase Ejecutivo. Si se intenta:

Empleado emp = new Empleado("Javier Todudas" , 2000);
Ejecutivo ej = (Ejecutivo)emp;

no dará problemas al compilar, pero al ejecutar se producirá un error porque la referencia emp apunta a un objeto de clase Empleado y no a uno de clas Ejecutivo.

La clase Object

En Java existe una clase base que es la raíz de la jerarquía y de la cual heredan todas aunque no se diga explicitamente mediante la clausula extends. Esta clase base se llama Object y contiene algunos métodos básicos. La mayor parte de ellos no hacen nada pero pueden ser redefinidos por las clases derivadas para implementar comportamientos específicos. Los métodos declarados por la clase Object son los siguientes:

public class Object {
    public final Class getClass() { . . . }
    public String toString() { . . . }
    public boolean equals(Object obj) { . . . }
    public int hashCode() { . . . }
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {         . . . }
    public final void wait() throws IllegalMonitorStateException,
        InterruptedException { . . . }
    public final void wait(long millis) throws         IllegalMonitorStateException,
        InterruptedException {. . .}
    public final void wait(long millis, int nanos) throws
        IllegalMonitorStateException,
        InterruptedException { . . . }
    public final void notify() throws         IllegalMonitorStateException { . . . }
    public final void notifyAll() throws
        IllegalMonitorStateException { . . . }
    protected void finalize() throws Throwable { . . . }
}

Las cláusulas final y throws se verán más adelante. Como puede verse toString es un método de Object, que puede ser redefinido en las clases derivadas. Los métodos wait, notify y notifyAll tienen que ver con la gestión de threads de la JVM. El método finalize ya se ha comentado al hablar del recolector de basura.

Para una descripción exahustiva de los métodos de Object se puede consultar la documentación de la API del JDK.

La cláusula final

En ocasiones es conveniente que un método no sea redefinido en una clase derivada o incluso que una clase completa no pueda ser extendida. Para esto está la cláusula final, que tiene significados levemente distintos según se aplique a un dato miembro, a un método o a una clase.

Para una clase, final significa que la clase no puede extenderse. Es, por tanto el punto final de la cadena de clases derivadas. Por ejemplo si se quisiera impedir la extensión de la clase Ejecutivo, se pondría:

final class Ejecutivo {
    . . .
}

Para un método, final significa que no puede redefinirse en una clase derivada. Por ejemplo si declaramos:

class Empleado {
    . . .
    public final void aumentarSueldo(int porcentaje) {
        . . .
    }
    . . .
}

entonces la clase Ejecutivo, clase derivada de Empleado no podría reescribir el método aumentarSueldo, y por tanto cambiar su comportamiento.

Para un dato miembro, final significa también que no puede ser redefinido en una clase derivada, como para los métodos, pero además significa que su valor no puede ser cambiado en ningún sitio; es decir el modificador final sirve también para definir valores constantes. Por ejemplo:

class Circulo {
    . . .
    public final static float PI = 3.141592;
    . . .
}

En el ejemplo se define el valor de PI como de tipo float, estático (es igual para todas las instancias), constante (modificador final) y de acceso público.

Herencia simple

Java incorpora un mecanismo de herencia simple. Es decir, una clase sólo puede tener una superclase directa de la cual hereda todos los datos y métodos. Puede existir una cadena de clases derivadas en que la clase A herede de B y B herede de C, pero no es posible escribir algo como:

class A extends B , C ... // error

Este mecanismo de herencia múltiple no existe en Java.

Java implanta otro mecanismo que resulta parecido al de herencia múltiple que es el de las interfaces que se verá más adelante.

REFERENCIAS:       arrakis

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Introducción

La herencia es una de las características básicas de la Programación Orientada a Objetos. Uno de los calificadores que entra en la definición cuando se pretende resumir en pocas palabras lo que es o distingue un Lenguaje Orientado a Objetos (Otros calificadores que entran en estas definiciones suelen ser encapsulación y polimorfismo). Es una de las bases que permite cosas tales como la reutilización del código, especialización, o evolución. Sin embargo también conduce a sistemas que son más complicados de entender y mantener.

La Herencia es el mecanismo por el cual una clase extiende las propiedades y comportamientos (datos y métodos) de otra clase, que se denomina clase base. La clase 'heredera' se denomina clase extendida o derivada. Una clase derivada tiene sus propias propiedades y comportamientos (los que están especificados en su código), pero además tiene todas las propiedades y comportamientos de la clase base. Esto que quizá resulta un poco dificil de entender en abstracto es bastante más sencillo con los ejemplos de los siguientes apartados (eso espero).

La herencia provoca algunas situaciones de programación curiosas que es necesario entender bien porque son de uso muy habitual y su falta de compresión puede provocar dificultades graves. Te aconsejo que leas con cuidado este capítulo y el siguiente y en caso de dudas consultes textos más extensos.

A pesar de ser una característica básica, la herencia no siempre aparece en los programas que uno hace, sobre todo si son sencillos. Quizá la dificultad estriba en saber reconocer cuando es necesaria o conveniente o cuando es mejor evitar sus complicaciones. Esto es evidentemente un problema de diseño, que no siempre se aborda con suficiente cuidado y que da más de un quebradero de cabeza.

Composición

En anteriores ejemplos se ha visto que una clase tiene datos miembro que son instancias de otras clases. Por ejemplo:

class Circulo {
    Punto centro;
    int radio;
    float superficie() {
        return 3.14 * radio * radio;
    }
}

Esta técnica en la que una clase se compone o contiene instancias de otras clases se denomina composición. Es una técnica muy habitual cuando se diseñan clases. En el ejemplo diríamos que un Circulo tiene un Punto (centro) y un radio.

Herencia

Pero además de esta técnica de composición es posible pensar en casos en los que una clase es una extensión de otra. Es decir una clase es como otra y además tiene algún tipo de característica propia que la distingue. Por ejemplo podríamos pensar en la clase Empleado y definirla como:

class Empleado {
    String nombre;
    int numEmpleado , sueldo;

    static private int contador = 0;

    Empleado(String nombre, int sueldo) {
        this.nombre = nombre;
        this.sueldo = sueldo;
        numEmpleado = ++contador;
    }

    public void aumentarSueldo(int aumento) {
        sueldo += (int)(sueldo * aumento / 100);
    }

    public String toString() {
        return "Num. empleado " + numEmpleado + " Nombre: " +                nombre + " Sueldo: " + sueldo;
    }
}

En el ejemplo el Empleado se caracteriza por un nombre (String) y por un número de empleado y sueldo (enteros). La clase define un constructor que asigna los valores de nombre y sueldo y calcula el número de empleado a partir de un contador (variable estática que siempre irá aumentando), y dos métodos, uno para calcular el nuevo sueldo cuando se produce un aumento de sueldo (método aumentarSueldo) y un segundo que devuelve una representación de los datos del empleado en un String.(método toString).

Con esta representación podemos pensar en otra clase que reuna todas las características de Empleado y añada alguna propia. Por ejemplo, la clase Ejecutivo. A los objetos de esta clase se les podría aplicar todos los datos y métodos de la clase Empleado y añadir algunos, como por ejemplo el hecho de que un Ejecutivo tiene un presupuesto.

Así diriamos que la clase Ejecutivo extiende o hereda la clase Empleado. Esto en Java se hace con la clausula extends que se incorpora en la definición de la clase, de la siguiente forma:

class Ejecutivo extends Empleado {
    int presupuesto;

    void asignarPresupuesto(int p) {
        presupuesto = p;
    }
}

Con esta definición un Ejecutivo es un Empleado que además tiene algún rasgo distintivo propio. El cuerpo de la clase Ejecutivo incorpora sólo los miembros que son específicos de esta clase, pero implícitamente tiene todo lo que tiene la clase Empleado.

A Empleado se le llama clase base o superclase y a Ejecutivo clase derivada o subclase.

Los objetos de las clases derivadas se crean igual que los de la clase base y pueden acceder tanto sus datos y métodos como a los de la clase base. Por ejemplo:

Ejecutivo jefe = new Ejecutivo( "Armando Mucho", 1000);
jefe.asignarPresupuesto(1500);
jefe.aumentarSueldo(5);

Nota: La discusión acerca de los constructores se verá un poco más adelante.

¡Atención!: Un Ejecutivo ES un Empleado, pero lo contrario no es cierto. Si escribimos:

Empleado curri = new Empleado( "Esteban Comex Plota" , 100) ;
curri.asignarPresupuesto(5000);    // error

se producirá un error de compilación pues en la clase Empleado no existe ningún método llamado asignarPresupuesto.

Redefinición de métodos. El uso de super.

Además se podría pensar en redefinir algunos métodos de la clase base pero haciendo que métodos con el mismo nombre y características se comporten de forma distinta. Por ejemplo podríamos pensar en rediseñar el método toString de la clase Empleado añadiendo las características propias de la clase Ejecutivo. Así se podría poner:

class Ejecutivo extends Empleado {
    int presupuesto;

    void asignarPresupuesto(int p) {
        presupuesto = p;
    }

    public String toString() {
        String s = super.toString();
        s = s + " Presupuesto: " + presupuesto;
        return s;
    }
}

De esta forma cuando se invoque jefe.toString() se usará el método toString de la clase Ejecutivo en lugar del existente en la clase Empleado.

Observese en el ejemplo el uso de super, que representa referencia interna implícita a la clase base (superclase). Mediante super.toString() se invoca el método toString de la clase Empleado.

Inicialización de clases derivadas

Cuando se crea un objeto de una clase derivada se crea implicitamente un objeto de la clase base que se inicializa con su constructor correspondiente. Si en la creación del objeto se usa el constructor no-args, entonces se produce una llamada implicita al constructor no-args para la clase base. Pero si se usan otros constructores es necesario invocarlos explicitamente.

En nuestro ejemplo dado que la clase método define un constructor, necesitaremos también un constructor para la clase Ejecutivo, que podemos completar así:

class Ejecutivo extends Empleado {
    int presupuesto;

    Ejecutivo (String n, int s) {
        super(n,s);
    }

    void asignarPresupuesto(int p) {
        presupuesto = p;
    }

    public String toString() {
        String s = super.toString();
        s = s + " Presupuesto: " + presupuesto;
        return s;
    }
}

Observese que el constructor de Ejecutivo invoca directamente al constructor de Empleado mediante super(argumentos). En caso de resultar necesaria la invocación al constructor de la superclase debe ser la primera sentencia del constructor de la subclase.

REFERENCIAS:       arrakis

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