שאלת מבחן בתכנות מונחה עצמים - אוניברסיטת בר-אילן 2021 - ממשקים

שאלה 15. מספר במערכת 472089 (Biterator) תזכורת: בספריה הסטנדרטית בג'אווה מוגדר ממשק `Iterable`, המייצג מבנה נתונים שניתן לעבור עליו לפי סדר מסוים, וממשק `Iterator` אשר מייצג מעין מצביע המתקדם על איברי `Iterable` מסוים לפי סדר נתון. כעת נרצה לתמוך במבני נתונים המאפשרים להתקדם לפי סדר האיברים אבל גם לחזור אחורה. לפי עקרונות התכנות שלמדנו, מה מבין הבאים הוא הפתרון הטוב ביותר לכך? 1. נכתוב ממשק `Biterator` עם מתודות `next`, `hasNext`, `prev`, `hasPrev` וכדומה, וממשק `Biterable` עם מתודה `biterator` אשר מחזירה ערך מטיפוס `Biterator` ועם מתודה `iterator` אשר מחזירה ערך מטיפוס `Iterator` 2. נכתוב ממשק `Biterator` אשר מרחיב את ממשק `Iterator` ומוסיף לו מתודות `prev`, `hasPrev` וכדומה, וממשק `Biterable` עם מתודה יחידה `biterator` אשר מחזירה ערך מטיפוס `Biterator` 3. נכתוב ממשק `Biterator` עם מתודות `next`, `hasNext`, `prev`, `hasPrev` וכדומה, וממשק `Biterable` המרחיב את ממשק `Iterable` ומוסיף לו מתודה `biterator` אשר מחזירה ערך מטיפוס `Biterator` 4. נכתוב ממשק `Biterator` אשר מרחיב את ממשק `Iterator` ומוסיף לו מתודות `prev`, `hasPrev` וכדומה, וממשק `Biterable` המרחיב את ממשק `Iterable` ו"ידרוס" את ההגדרה של `iterator` כך שתחזיר ערך מטיפוס `Biterator`

רמז: חשבו על יחס "is-a". האם איטרטור דו-כיווני הוא סוג של איטרטור? האם מבנה נתונים שניתן לעבור עליו דו-כיוונית הוא סוג של מבנה שניתן לעבור עליו? השתמשו בירושה כדי למדל יחסים אלו.

פתרון: הפתרון הטוב ביותר הוא **אפשרות 4**. ננתח מדוע פתרון זה עדיף על פני האחרים על פי עקרונות תכנות מונחה עצמים: 1. **ירושה (Inheritance):** העיקרון המרכזי כאן הוא יחס "is-a". איטרטור דו-כיווני (`Biterator`) הוא סוג של איטרטור (`Iterator`), ומבנה נתונים שניתן לעבור עליו דו-כיוונית (`Biterable`) הוא סוג של מבנה נתונים שניתן לעבור עליו (`Iterable`). הדרך הנכונה לממש יחס כזה היא באמצעות **ירושה** של ממשקים. * `public interface Biterator<T> extends Iterator<T>`: הגדרה זו מבטיחה שכל `Biterator` הוא גם `Iterator`. כך, ניתן להשתמש ב-`Biterator` בכל מקום שמצפה ל-`Iterator`. זהו ביטוי של **פולימורפיזם**. * `public interface Biterable<T> extends Iterable<T>`: הגדרה זו מבטיחה שכל מבנה נתונים `Biterable` הוא גם `Iterable`. זה מאפשר, למשל, להשתמש בו ישירות בלולאת `for-each` של ג'אווה, אשר עובדת על כל אובייקט המממש `Iterable`. 2. **דריסת מתודות עם טיפוס החזרה קו-וריאנטי (Covariant Return Type):** במקום להוסיף מתודה חדשה, `biterator()`, הפתרון האלגנטי ביותר הוא **לדרוס (override)** את המתודה הקיימת `iterator()` מהממשק `Iterable`. החל מג'אווה 5, ניתן לדרוס מתודה ולהחזיר טיפוס שהוא תת-טיפוס של טיפוס ההחזרה המקורי. מכיוון ש-`Biterator` יורש מ-`Iterator`, הוא תת-טיפוס שלו. לכן, הממשק `Biterable` יכול להכריז על המתודה `iterator()` כך שתחזיר `Biterator`. עיצוב זה חזק וחסכוני. הוא נמנע מכפילות (אין צורך ב-`biterator()`) ושומר על חוזה ברור: כל `Biterable` מספק איטרטור, ואנו יודעים שהאיטרטור הזה הוא ספציפית `Biterator` המאפשר תנועה אחורה. 3. **ניתוח החלופות:** * אפשרויות 1 ו-3 שגויות מכיוון ש-`Biterator` אינו יורש מ-`Iterator`, ובכך שובר את הפולימורפיזם. * אפשרויות 1 ו-2 שגויות מכיוון ש-`Biterable` אינו יורש מ-`Iterable`, ובכך מונע שימוש במבני הנתונים עם מנגנונים סטנדרטיים של השפה כמו לולאת `for-each`. לסיכום, אפשרות 4 משתמשת נכון ב**ירושה**, **פולימורפיזם** ו**דריסת מתודות** כדי ליצור פתרון גמיש, חזק ועקבי עם עקרונות התכנות ועם הממשקים הקיימים בספרייה הסטנדרטית. $\blacksquare$