FAV-ZCU/KIV PPA1/4. Metody.md

Metody

• Naprostá většina programů je netriviální a rozsáhlá
• Často potřebujeme jeden výpočet provést vícekrát
  • Pokud všechen výkonný kód napíšeme jen do metody main(), budou se části kódu opakovat
• Potřeba dekompozice
  • Rozdělení problému na menší podproblémy
  • Tyto podproblémy lze rozdělit ještě na menší podproblémy
  • Tak postupujeme dále, až dostaneme elementární podproblémy, které jsou snadno řešitelné => postupujeme hierarchicky odshora dolů
  • Snadno řešitelné elementární podproblémy mohou být reprezentovány metodami
• Použití metod
  • Program se snáze navrhuje
    • Je rozdělen na elementární části reprezentované metodami
    • Je možné vytvářet program po krocích
  • Zdrojový kód je přehlednější
    • V daném místě se lze soustředit jen na jednu konkrétní část algoritmu

Popis metod a terminologie

• metody jsou úseky kódu (podprogramy), které provádějí nějaký výpočet
  • Metody by neměly být příliš dlouhé (cca na jednu obrazovku) a měly by dělat jednu jasně definovatelnou činnost popsanou jejich názvem
• Je třeba rozlišovat deklaraci/definici metody a volání/použití metody

Deklarace metody

• Deklarace metody znamená, že vytvoříme (napíšeme) metodu
  • včetně jejího názvu a výkonného kódu
  • POZOR! – Tento kód se však provede až při volání metody
• Každá metoda se skládá z hlavičky a těla
• Hlavička metody
  • Obsahuje „popis vlastností“ metody včetně jejího jména
  • právo static návratováHodnota název(parametry)
    • Např. public static double naDruhou(double x)
  • public je přístupové právo
  • static značí, že se jedná o statickou metody třídy
    • Existují i metody bez static, tzv. metody instance, kterých je ve skutečnosti většina
  • Název metody začíná malým počátečním písmenem, každé další slovo víceslovného názvu začíná velkým písmenem
    • Podobně jako u názvu proměnných
  • U dokumentačního komentáře metody se uvádí alespoň jedna řádka popisující účel metody, případné parametry metody a návratová hodnota jsou popsány na dalších řádkách
  • např.:

  /** 
  	* Ukazka deklarace metod - vypocet vzdalenosti dvou bodu v rovine 
  	* @author Tomas Potuzak 
  	* @version 1.0 (2018-08-13) 
  */
  

• Tělo metody
  • Obsahuje výkonné příkazy uzavřené do složených závorek
  • V Javě se otevírací závorka píše na řádku hlavičky metody
• Metoda je jednoznačně určena třídou, ve které je deklarována, svým názvem, počtem, typem a pořadím svých parametrů a návratovou hodnotou
  • Přesto se ve vysvětlujícím textu (nikoliv ve zdrojovém kódu) běžně používá pouze název metody se závorkami (např. naDruhou()), pokud nehrozí záměna za jinou metodu
• Každá metoda musí být deklarována přímo uvnitř třídy
  • Není možné deklarovat metodu mimo třídu
  • Není možné deklarovat metodu uvnitř jiné metody
  • Metody se typicky deklarují po deklaraci proměnných (např. deklarace Scanneru) kvůli přehlednosti
    • Mohou být ale deklarovány kdekoliv uvnitř třídy
  • Pořadí deklarace metod je (v Javě) irelevantní, každá metoda je platná (je viditelná) v celé třídě => metoda může být deklarována až za místem, kde již byla volána

Volání (použití) metody

• Volání metody znamená, že se provede kód umístěný v těle metody na místě programu, kde metodu voláme (použijeme)
  • Pokud chceme metodu použít (tj. chceme, aby provedla svou činnost (výpočet) na určitém místě), použijeme její jméno a do závorek napíšeme hodnoty skutečných parametrů, které nahradí formální parametry v hlavičce metody
  • Pokud použijeme metodu ve stejné třídě, jako ve které je deklarována (tj. voláme ji z jiné metody téže třídy), voláme ji pouze jejím jménem a hodnotami parametrů
    • metoda(parametry);
  • Pokud použijeme metodu vně třídy, ve které je deklarována, musíme před název metody přidat název třídy, ve které je deklarována (tečková notace)
    • Třída.metoda(parametry);
    • Toto platí pouze pro metody označené klíčovým slovem static

Lokální proměnné

• Jsou definovány UVNITŘ metod

Viditelnost lokálních proměnných

• Jsou viditelné (tj. mohu je používat pro čtení a zápis) pouze uvnitř metody
  • Jsou viditelné od místa (řádky), kde byly deklarovány
  • Jsou viditelné do konce bloku, ve kterém byly deklarovány
    • Rozdíl oproti proměnným definovaným UVNITŘ třídy, ale VNĚ metod (proměnné třídy), které jsou viditelné v rámci třídy i před místem deklarace (podobně jako metody)
    • Pokud jsou deklarovány přímo v těle metody (tj. ne uvnitř vnořeného bloku), jejich viditelnost končí s tělem metody
    • Pokud jsou definovány uvnitř vnořeného bloku (např. v příkazu if nebo v cyklu), jejich platnost končí koncem bloku
• Zastíní proměnnou třídy (a instance) pokud se jmenuje stejně
  • Je možné deklarovat lokální proměnnou, která se jmenuje stejně jako proměnná třídy
  • Společný název (identifikátor) pak odkazuje na LOKÁLNÍ proměnnou, ne na proměnnou třídy
  • Potenciální zdroj problémů => je potřeba dát pozor, o jakou proměnnou se jedná (lokální/třídy/instance)
    • IDE nástroje většinou druh proměnné odlišují barvou či řezem písma pro větší přehlednost
• Lokální proměnné ve vnořených blocích
  • Všechny lokální proměnné deklarované před vnořeným blokem jsou platné (viditelné) i v tomto bloku => nelze definovat novou lokální proměnnou se stejným názvem

Inicializace lokálních proměnných

• Lokální proměnné nejsou implicitně inicializovány na 0, 0.0, false nebo null
  • Na rozdíl od proměnných třídy (a proměnných instance)
  • Je vhodné je inicializovat ručně (explicitně)
  • Např. int i = 0;

Návratová hodnota metody a příkaz return

• Existují dva typy metod:
  • Metody s návratovou hodnotnou (funkce)
  • Metody bez návratové hodnoty (procedury)

Metody s návratovou hodnotou (funkce)

• Metoda může vracet návratovou hodnotu, která může být libovolného typu (základní datový typ, třída, pole, ...)
  • Pokud metoda vrací návratovou hodnotu, jedná se o funkci
• Typ je specifikován těsně před názvem metody
• Pro určení návratové hodnoty uvnitř těla metody se používá příkaz (klíčové slovo) return, za který se uvede výraz s odpovídajícím typem výsledné hodnoty
• return výraz;
  • Výraz může být libovolně komplikovaný nebo se může jednat o samotnou proměnnou (nebo výjimečně i pojmenovanou/nepojmenovanou konstantu)
• Volání metody s návratovou hodnotou
  • Výsledkem volání metody je její návratová hodnota, ale může mít i další efekty
    • Např. může ovlivnit hodnoty proměnných třídy (nebo mnohem častěji proměnných instance)
  • Pokud je primárním výsledkem volání metody (funkce) její návratová hodnota, je většinou volána jako součást výrazu
  • Pokud primárním výsledkem volání metody (funkce) je jiná činnost, kterou provádí, a návratová hodnota je (někdy) vedlejší, lze jí volat jako příkaz (tj. ne jako součást výrazu)
    • Vrácená hodnota se zahodí (nikam se nepřiřadí a nepoužije se)

Metody bez návratové hodnoty (procedura)

• Metoda nevrací žádnou návratovou hodnotu, pouze provede nějakou činnost => pak se jedná o proceduru
• Při deklaraci metody se místo návratového typu uvede klíčové slovo void
  • Např. public void vypisNahodnaCisla()
• Volání metody bez návratové hodnoty
  • Metoda se volá pouze jako příkaz, nemůže být součástí výrazu jako metoda s návratovou hodnotou

Použití příkazu return

• Příkaz return okamžitě ukončí metodu, bez ohledu na to, kde se v metodě nachází
• Příkazů return může být v jedné metodě více (např. v každé větvi příkazu if)
  • Pokud metoda vrací návratovou hodnotu (jedná se o funkci), nesmí existovat větev, ve které by příkaz return nebyl (došlo by k chybě překladu)
• Za ním už se nesmí nacházet žádný příkaz, protože se nikdy nemůže provést (dojde k chybě překladu)
  • Např. pokud je použit v příkazu switch, nemůžou být jednotlivé větve ukončeny příkazem break;, protože tento příkaz je nedosažitelný
• Příkaz return se může použít k předčasnému ukončení metody (např. proto, že parametr nemá platnou hodnotu)
• Příkaz return se může použít i k předčasnému ukončení metody bez návratové hodnoty (procedury)
  • Pak se použije samotný return;

Parametry metody

• Metoda může mít „neomezené“ množství parametrů
  • Prakticky jich bývá pouze několik (žádný až cca 3 až 5)
    • Více parametrů typicky svědčí o špatné dekompozici problému
  • Parametry jsou popsány v závorce za názvem metody stejně jako deklarace proměnné typem a názvem
    • Parametry mohou být libovolného typu
    • Pokud má metoda více parametrů, jsou odděleny čárkou
    • U každé proměnné musí být explicitně uveden datový typ, i když je více parametrů stejného datového typu za sebou
    • Např. double static secti(double a, double b)

Formální a skutečné parametry metody

• Parametry definované v hlavičce metody (při deklaraci metody) se nazývají formální parametry
• Při volání metody jsou v závorce uvedeny skutečné parametry metody
  • Musejí odpovídat počtem a datovým typem (ve správném pořadí)
  • Může se jednat o proměnné, pojmenované/nepojmenované konstanty a výrazy (datový typ výsledku výrazu musí odpovídat datovému typu formálního parametru)
• Ve formálních parametrech (proměnných) jsou do metody předány hodnoty skutečných parametrů metody
  • Tyto hodnoty typicky ovlivňují chování metody
  • Formální parametry mají v těle metody všechny vlastnosti lokálních proměnných, typicky se ale jejich hodnoty jen čtou
    • Je možné do nich přiřadit hodnotu, tím se ale ztratí hodnota předaná do metody => do formálních parametrů nové hodnoty v těle metody nepřiřazovat

Mechanizmus předání parametrů do metody

• Parametry jsou předávány vždy hodnotou
  • Platí pro základní datové typy i reference
• Hodnoty skutečných parametrů jsou překopírovány a vloženy do odpovídajících formálních parametrů, přes které jsou hodnoty dostupné v těle metody
• Změnit hodnotu formálních parametrů v těle metody je možné, ale změna se nijak neprojeví vně metody
  • Kromě toho se přepíše hodnota předaná do metody

Předávání řízení při volání metod

• Pokud je program rozdělen na metody, neběží lineárně od první řádky po poslední
• Při každém volání metody se „skočí“ na začátek těla metody a začne se provádět její kód
  • Tzv. „předávání řízení“
• Při dosažení konce těla metody se skočí zpátky na místo, odkud byla metoda volána, a pokračuje se dalším příkazem
• Volání metody jako parametru jiné metody
  • Pokud metoda vrací návratovou hodnotu a tato hodnota je použita jako parametr volání další metody, je možné si ji uložit do pomocné proměnné a tu pak použít jako parametr další metody
    • Tento zápis je přehlednější
  • Je však také možné volat metodu přímo ve volání další metody
    • Tento zápis je úspornější, ale méně přehledný
    • Oba zápisy se běžně používají

Přetěžování metod (overloading)

• V jedné třídě může být deklarováno více metod se stejným jménem
• Metody se pak nazývají přetížené (overloaded)

Důvody k přetěžování metod

• Přetížené metody obvykle dělají podobnou činnost, ale mírně se liší
• Protože je možné metody přetížit, není nutné vymýšlet podobné názvy podobných metod, můžeme rovnou použít stejný název
• Dělají stejnou činnost pro různý datový typ
  • Např. metoda Math.abs() je přetížena 4x pro typ int, long, float a double
• Dělají stejnou činnost, ale s upřesněním
  • Typicky přibudou další parametry

Požadavky na přetížené metody

• Přetížené metody MUSÍ mít různé hlavičky
  • Musí se lišit počtem a/nebo typem a/nebo pořadím typů parametrů
  • Nestačí, aby se lišily jen návratovou hodnotou
  • Nestačí, aby se lišily jen názvem formálních parametrů
    • Názvy formálních parametrů nejsou podstatné – používají se v těle metody, ale při jejím volání je důležitý pouze jejich typ
  • Při volání překladač vybere podle skutečných parametrů metodu, která přesně odpovídá počtem, typem a pořadím parametrů