📚 Perintä ja rajapinnat

Perintä (inheritance) ja rajapinnat (interfaces) ovat olio-ohjelmoinnin ratkaisuja koodin uudelleenkäytettävyyden ja yhteensopivuuden edistämiseksi. Interface määrittää metodin nimet, paluuarvot ja parametrit.

🧭 Tällä sivulla:

• Perintä
  • 🏋️ Exercise ja sen aliluokat
  • 💡 Perintäesimerkki
• 🔌 Rajapinnat
  • 🧪 Yksinkertainen esimerkki
  • ❓ Miksi rajapintoja tarvitaan?
  • 📝 Yhteenveto
  • [🔌 Rajapinnat]

Periytymisen ideaa voisi kuvailla sillä, että kuviteltaisiin netin kauppapaikka, jossa on myynnissä monenlaisia tuotteita esineistä asuntoihin ja ajoneuvoihin. Kaikille tuotteille yhteiset ominaisuudet voitaisiin toteuttaa yhteen luokkaan, jota voidaan laajentaa tapauskohtaisten aliluokkien avulla. Näin vältetään toteuttamasta samoja yhteisiä ominaisuuksia moneen luokkaan. Samalla koodin yhteensopivuus paranee, kun aliluokkien oliot ovat yhteensopivia yliluokan olioiden kanssa. Perinnän avulla sekä autoja, asuntoja että muita tuotteita voidaankin tarvittaessa käsitellä esimerkiksi samalla listalla.

Käytännössä kuitenkin periytymisessä oleellisinta on vain ymmärtää sen periaate ja ymmärtää miten se toimii Javan sisäisissä ja siihen lisätyissä kirjastoissa. Oman periytymishierarkian toteuttaminen teollisuuden oikeaan tarpeeseen on suhteellisen harvinaista eikä ensimmäinen poikkeustapaus, jota pitäisi aina punnita.

Perintää käytetään usein tilanteissa, joissa on olemassa jo jokin toteutus, jota halutaan laajentaa erityistapauksen avulla. Rajapintoja puolestaan käytetään usein tilanteissa, joissa selvää yhteistä toteutusta ei ole. Toisin kuin luokat, rajapinnat ovat abstrakteja, eli niistä ei voida luoda olioita. Rajapintojen avulla voidaan kuitenkin määritellä yksi tai useampia metodeja, jotka rajapinnan täyttävien luokkien on toteutettava.

Perintä

“Perintä on väline käsitehierarkioiden rakentamiseen ja erikoistamiseen; aliluokka on aina yliluokan erikoistapaus. Jos luotava luokka on olemassaolevan luokan erikoistapaus, voidaan uusi luokka luoda perimällä olemassaoleva luokka. Esimerkiksi auton osiin liittyvässä esimerkissä moottori on osa, mutta moottoriin liittyy lisätoiminnallisuutta mitä jokaisella osalla ei ole.”

Lähde: Helsingin Yliopiston Agile Education Research –tutkimusryhmä. Perintä. mooc.fi

Opetuskalvot PowerPoint-kalvot löydät täältä.

🏋️ Exercise ja sen aliluokat

classDiagram
    class Exercise {
        +String name
        +int durationMinutes
        +double calculateCaloriesBurned()
    }

    class RunningExercise {
        +double distanceKm
    }

    class SwimmingExercise {
        +double distanceKm
    }

    class PadelExercise {
        +int sets
    }

    Exercise <|-- RunningExercise
    Exercise <|-- SwimmingExercise
    Exercise <|-- PadelExercise

💡 Perintäesimerkki

Henkilo-luokka

package perinta;

public class Henkilo {
    private String etunimi;
    private String sukunimi;
    private String email;
    
    public Henkilo(String etunimi, String sukunimi, String email) {
        this.etunimi = etunimi;
        this.sukunimi = sukunimi;
        this.email = email;
    }

    public String getEtunimi() {
        return etunimi;
    }

    public String getSukunimi() {
        return sukunimi;
    }

    public String getEmail() {
        return email;
    }

    public void setEmail(String email) {
        this.email = email;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Henkilo [etunimi=" + etunimi + ", sukunimi=" + sukunimi + ", email=" + email + "]";
    }
}

Henkilo-luokka sisältää henkilön perustietoja, jos ollaan tekemässä oppilaitoksen järjestelmään, tarvitaan vielä ainakin Opiskelija-luokka. Oppilaalla on nimi, sähköposti ja lisäksi opiskelijanumero ja aloitusvuosi (toki oikeasti paljon muitakin ominaisuuksia). Periytymisen avulla voidaan hyödyntää Henkilo-luokkaa Opiskelija-luokkaa määriteltäessä. Huomaa seuraavassa koodiesimerkissä varatut sanat extends, super ja annotaatio @Override.

package perinta;

public class Opiskelija extends Henkilo {
    private String opiskelijanumero;
    private int aloitusvuosi;
    
    public Opiskelija(String etunimi, String sukunimi, String email, String opiskelijanumero, int aloitusvuosi) {
        super(etunimi, sukunimi, email);
        this.opiskelijanumero = opiskelijanumero;
        this.aloitusvuosi = aloitusvuosi;
    }

    public String getOpiskelijanumero() {
        return opiskelijanumero;
    }

    public int getAloitusvuosi() {
        return aloitusvuosi;
    }
  
    @Override
    public String toString() {
        return super.toString() +  " Opiskelija [opiskelijanumero=" + opiskelijanumero + ", aloitusvuosi=" + aloitusvuosi + "]";
    }
}

Henkilo-luokka on yliluokka (yläluokka, super class), käytetään myös termiä kantaluokka (base class). Opiskelija-luokka on aliluokka (sub class) tai johdettu luokka (derived class). Opiskelija-luokka perii kaikki kentät ja metodit kantaluokalta, periminen määritellään extends sanalla. Luokka voi periä vain yhden luokan, moniperiytyminen on estetty Java-kielessä. Luokka voi toteuttaa useita rajapintoja. Moniperiytyminen on tarkoituksellisesti jätetty pois Java-kielestä, sen hallitsematon käyttö aiheuttaa enemmän ongelmia kuin tuo hyötyjä, lisäksi rajoituksen voi käytännössä kiertää rajapintojen avulla.

Opiskelija-luokassa huomaa miten aliluokassa käytetään hyväksi yliluokan konstruktoria (super(etunimi, sukunimi, email);) sekä toString-metodissa super.toString(). Super viittaa aina kantaluokkaan. Konstruktorissa kantaluokan konstruktorin kutsuminen super-määrittelyllä on pakko olla ensimmäinen lause.

Henkilo-luokassa on määritelty toString()-metodi. Metodit voidaan ylikirjoittaa aliluokissa, tässä esimerkissä tulostataan nimen lisäksi opiskelijanumero ja aloitusvuosi. Ylikirjoitus on syytä toteuttaa käyttämällä @Override-annotaatiota.

Lisätään vielä Opettaja-luokka:

package perinta;

public class Opettaja extends Henkilo {
    private String opettajaprivate numero;

    public Opettaja(String etunimi, String sukunimi, String email, String opettajanumero) {
        super(etunimi, sukunimi, email);
        this.opettajanumero = opettajanumero;
    }

    public String getOpettajanumero() {
        return opettajanumero;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return super.toString() + "Opettaja [opettajanumero=" + opettajanumero + "]";
    }
}

Sekä opettaja että opiskelija sisältävät nimen ja sähköpostiosoitteen. Näiden lisäksi molemmilla aliluokilla on jotain omina ominaisuuksia. Koska molemmilla on sama yliluokka, voidaan niitä käsitellä täysin samalla tavalla. Tehdään vaikka pieni koodipätkä, jolla tehdään lista opettajista ja oppilaista, jotka osallistuvat ohjattuun taukojumppaan.

List<Henkilo> osallistujat = new ArrayList<>();
osallistujat.add(new Opettaja("Teemu", "Terävä", "tt@hotmail.com", "h1234"));
osallistujat.add(new Opiskelija("Olivia", "Ahkera", "b987@hh.fi", "b987", 2018));
osallistujat.add(new Opiskelija("Olli", "Oppilas", "b123@hh.fi", "b123", 2023));
osallistujat.add(new Opettaja("Jukka", "Nokkela", "juno@gmail.com", "h9876"));

System.out.println("Taukotilaisuuteen osallistujat: ");
for (Henkilo h : osallistujat) {
    System.out.println(h);
}

Aikaisemmin toString()-metodiin liitetty @Override-annotaatio ei ole (aivan) pakollinen, mutta sitä kannattaa käyttää. Sen avulla kääntäjä voi tarkistaa että kantaluokassa on varmasti olemassa ylikirjoitettava metodi, kääntäjä voi tehdä optimointia sekä dokumentoidaan koodin ylläpitäjälle ylikirjoituksesta. Muutoin koodia luettaessa ei pysty päättelemään pelkästä metodista, onko kyseessä ylikirjoitus vai ei.  

Jossain tilanteissa pitää pystyä selvittämään suorituksen aikana muuttujan tyyppi. Tähän voi käyttää Java-kielessä instanceof -operaattoria.

if (hlo instanceof Opettaja) {
    // hlo-muuttuja on Opettaja-luokan instanssi
} 
else {
    // jostain muusta luokasta on kysymys
}

instanceof-operaattorin lisäksi suorituksen aikana voi olion tyyppitiedon kysyä getClass()-funktiolla. Funktio palauttaa T-olion, joka sisältää luokan tyyppitiedon, esimerkiksi luokan nimen tai mitä rajapintoja olio toteuttaa.

String luokanNimi = hlo.getClass().getName();

Perintä on ohjelmoinnissa keino rakentaa luokkien välistä hierarkiaa niin, että aliluokka (esim. Opiskelija) saa automaattisesti käyttöönsä yliluokan (esim. Henkilo) ominaisuudet ja metodit. Tämä säästää toistoa ja mahdollistaa yhteiskäsittelyn: eri aliluokkia voidaan käyttää samassa listassa, koska ne kaikki periytyvät samasta kantaluokasta. Java-kielessä perintä tehdään extends-sanalla, ja yliluokan metodeja voidaan ylikirjoittaa @Override-merkinnällä.

🔌 Rajapinnat

“Rajapinnan (engl. interface) avulla määritellään luokalta vaadittu käyttäytyminen, eli sen metodit. Rajapinnat määritellään kuten normaalit Javan 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.”

Lähde: Helsingin Yliopiston Agile Education Research –tutkimusryhmä. Rajapinta. mooc.fi

Rajapinta (interface) on Javan tapa sanoa:
“Tässä on joukko metodeja, jotka pitää olla, mutta en kerro miten ne tehdään.”

Ajattele rajapintaa kuin sopimus tai to do -lista luokalle. Kun luokka “toteuttaa” (implements) rajapinnan, se lupaa kirjoittaa ne metodit itse.

🧪 Yksinkertainen esimerkki

Ajatellaan, että rajapinta on “Ajettava” (interface Ajettava) — se sanoo vain:

“Kaikilla ajettavilla asioilla pitää olla aja()-metodi.”

Mutta se ei kerro, miten ajetaan. Se jää jokaisen ajettavan olion omaksi hommaksi.

public interface Ajettava {
    void aja();
}

Nyt voit tehdä vaikka:

public class Auto implements Ajettava {
    public void aja() {
        System.out.println("Auto ajaa moottoritiellä");
    }
}

public class Polkupyora implements Ajettava {
    public void aja() {
        System.out.println("Polkupyörä rullaa pyörätiellä");
    }
}

Molemmat toteuttavat saman rajapinnan, joten niitä voi käsitellä samassa listassa:

List<Ajettava> kulkuneuvot = new ArrayList<>();
kulkuneuvot.add(new Auto());
kulkuneuvot.add(new Polkupyora());

for (Ajettava a : kulkuneuvot) {
    a.aja();  // kutsuu oikeaa versiota
}

❓ Miksi rajapintoja tarvitaan?

• Suurissa ohjelmissa: Rajapinnat irrottavat “mitä tehdään” ja “miten se tehdään” toisistaan.
• Testauksessa: Voit testata luokkia rajapinnan kautta ilman että tiedät toteutuksen.
• Frameworkeissa: Spring, Android, yms. käyttävät rajapintoja paljon.
• Yksi luokka voi toteuttaa monta rajapintaa — toisin kuin perinnässä, jossa voi periä vain yhden luokan.

📝 Yhteenveto

Rajapinta on sopimus siitä, mitä metodit pitää olla. Se ei kerro miten ne toimii — sen tekee toteuttava luokka.
Rajapinnat ovat välttämättömiä jatkokursseilla, isoissa projekteissa ja ammattimaisessa ohjelmoinnissa. Opettele nyt, käytät varmasti myöhemmin.

[🔌 Rajapinnat]

PowerPoint-kalvot