Dataorienterte objektstrukturer

Ved programmering av klasser for dataorienterte objektstrukturer så tar en ofte utgangspunkt i såkalte datamodeller, i form av klassediagrammer, som viser hvordan klasser (ofte kalt entiteter) er koblet sammen med assosiasjoner (ofte kalt relasjoner). En datamodell beskriver altså hvilke regler og begrensninger som gjelder for hvordan objekter kan kobles sammen under kjøring, men sier ikke hvilke som faktisk blir koblet sammen. F.eks. kan en datamodell beskrive at personer (altså instanser av klassen Person) kan kobles sammen for å representere ekteskap, men diagrammet sier ikke noe om hvilke instanser som faktisk er koblet sammen.

Dersom en datamodell har nødvendige detaljer, som vi kommer nærmere inn på, så kan koden for klassene skrives mer eller mindre automatisk, og det finnes verktøy, f.eks. Eclipse-rammeverket EMF, som kan generere koden for deg. For å bruke slike verktøy riktig, så er det imidlertid viktig å kjenne grunnteknikkene, dvs. hvordan ulike typer assosiasjoner mellom klasser kan kodes.

La oss starte med et ekteskaps-koblingen mellom Person-objekter. Denne er modellert under til venstre med et klassediagram og eksemplifisert ved et objektdiagram, som viser at Hallvard er gift med Marit.

public class Person {
	
	private String name;
	private Person ekteskap;
	
	public Person(String name) {
		this.name = name;
	}
	
	public Person getEkteskap() {
		return ekteskap;
	}
	public void setEkteskap(Person ekteskap) {
		this.ekteskap = ekteskap;
	}
}

// lage eksempel-objekter
Person hallvard = new Person("Hallvard");
Person marit = new Person("Marit");

// opprette ekteskap-koblingen fra hallvard til marit
hallvard.setEkteskap(marit);

Klassediagrammet sier at Person-klassen har en assosiasjon kalt ekteskap til(bake) til seg selv, dvs. at et Person-objekter kan være koblet til et Person-objekt med en ekteskap-kobling. Objektdiagrammet viser et tenkt tilfelle der hallvard er koblet til marit. Det er lett å tenke seg at dette kan kodes i Java som en Person-klasse med et felt av typen Person kalt ekteskap (ved siden av name-feltet, selvsagt) og innkapslingsmetodene getEkteskap() og setEkteskap(), som vist over. Objekter tilsvarende diagrammet til høyre kan så lages med konstruktøren og setEkteskap-metoden.

I denne koden er det en del antagelser som er gjort, f.eks. at et person bare kan inngå ekteskap med én annen person (altså monogami). Det er også en opplagt mangel, fordi koden ikke sikrer at ekteskapskoblingen er gjensidig, dvs. at marit automatisk får en kobling tilbake til hallvard. Generelt er både (feil)antagelser og mangler uheldig, fordi de kan føre til ugyldige og inkonsistente objektstrukturer. Før vi koder klassene er det derfor viktig å legge til en del "detaljer" i klassediagrammet, slik at "nyanser" som dette fremgår av diagrammet.

Roller og multiplisitet

En rolle er en assosiasjon sett fra perspektivet til en ene enden, altså fra den ene til den andre. Siden en assosiasjon har to ender, så har den også to roller. Roller er nødvendig fordi logikken knyttet til assosiasjonen som helhet nødvendigvis må fordeles på metoder i hver klasse, og disse metodene må ha perspektivet til klassen de er i. Ta institutt-emne-assosiasjonen som sier hvilke emner et institutt gir, som eksempel. Sett fra institutt-enden (sett mot emne-enden) er det naturlig å kalle den emner, mens det fra emne-enden (sett mot institutt-enden) er naturlig å kalle den ansvarligInstitutt. Disse navnene kan gi opphav til metoder som addEmne i Institutt-klassen og setAnsvarligInstitutt i Emne-klassen. En tommelfinger-regel er nettopp at rolle-navnet er greit, hvis navnet på innkapslingsmetodene virker greit.

Rolle-navnet brukes altså for å navngi metoder som implementerer logikken for assosiasjonen, altså hvordan koblinger opprettes og fjernes. Men akkurat hvilke metoder en har og hva disse gjør og dermed heter, avgjøres av det som kalles rollens multiplisitet (ofte kalt kardinalitet). Multiplisiteten til en rolle angir hvor mange koblinger som kan (eller må) gå fra et objekt i rolle-retningen. Multiplisiteten til emne-rollen sier altså hvor mange emner et institutt kan ha ansvaret for (mer enn ett), og multiplisiteten til ansvarligInsitutt-rollen sier hvor mange institutter som kan ha ansvaret for et emne (ett og bare ett). Multiplisitet angis ofte av en minimum- og en maksimum-verdi, altså et intervallet. Ofte er minimum-verdien 0 og da kan den utelates. Rolle-navnet og multiplisiteten angis sammen i enden av assosiasjonen, men ofte på hver sin side av streken:

Klassediagrammet over til venstre viser to klasser Insitutt og Emne og en assosiasjon med rollene ansvarligInstitutt og emne mellom disse. Multiplisitetene 1:1 og 0:* betyr at et Institutt-objekt kan være koblet til 0 eller flere (uten øvre grense) Emne-objekter (og være ansvarligInstitutt for disse Emne-objektene), mens et Emne-objekt må være koblet til (minimum) ett og kun (maksimum) ett ansvarlig Institutt-objekt (og kan være et av mange emner for dette Institutt-objektet).

Eksempel-objektstrukturen viser to Emne-objekter kalt tdt4100 og tdt4180 som begge rollen som emne ift. Institutt-objektet idi. Motsatt så har Institutt-objektet idi rollen som ansvarligInstitutt for de to Emne-objektene.

Med disse detaljene på plass er klassediagrammet fullstendig nok til at vi kan skrive Java-kode for Institutt- og Emne-klassene. Metoder for å opprette og fjerne koblinger er skissert under, med kode for å opprette eksempel-objektstrukturen, men merk at koden ikke sikrer konsistens, dvs. at koblingene er gjensidige, så vi må gjøre det manuelt.

public class Institutt {

	// felt som kan inneholde flere emner
	private ArrayList<Emne> emner = new ArrayList<Emne>();

	// metode for å opprette emne-kobling
	public void addEmne(Emne emne) {
		this.emner.add(emne);
	}

	// metode for å fjerne emne-kobling
	public void removeEmne(Emne emne) {
		this.emner.remove(emne);
	}
}

public class Emne {

	// felt som kan inneholde ett Institutt
	private Institutt ansvarligInstitutt;

	// metode for å opprette eller fjerne ansvarligInstitutt-kobling
	public void setAnsvarligInstitutt(Institutt institutt) {
		this.ansvarligInstitutt = institutt;
	}
}

// opprette instansene
Institutt idi = new Institutt(...);
Emne tdt4100 = new Emne(...);
Emne tdt4180 = new Emne(...);

// opprette koblingene
// den ene veien ...
idi.addEmne(tdt4100);
idi.addEmne(tdt4180);
// ... og den andre veien
tdt4100.setAnsvarligInstitutt(idi);
tdt4180.setAnsvarligInstitutt(idi);

Ulike kombinasjoner av multiplisiteter gir opphav til ulike sett med innkapslingsmetoder og stiller ulike krav til deres logikk. Koding av de ulike variantene skisseres på egne sider (se sidelista under).