3. Orientação a objetos

A orientação a objetos ajuda em muito a organizar o código e escrever menos, além de concentrar as responsabilidades nos pontos certos, flexibilizando sua aplicação, encapsulando a lógica de negócios.

Criando um tipo

Considere um programa para um banco, é bem fácil perceber que uma entidade extremamente importante para o nosso sistema é a conta. Nossa ideia aqui é generalizarmos alguma informação, juntamente com funcionalidades que toda conta deve ter.

O que toda conta tem e é importante para nós?

  • número da conta
  • nome do titular da conta
  • saldo

O que toda conta faz e é importante para nós? Isto é, o que gostaríamos de “pedir à conta”?

  • saca uma quantidade x
  • deposita uma quantidade x
  • imprime o nome do titular da conta
  • devolve o saldo atual
  • transfere uma quantidade x para uma outra conta y
  • devolve o tipo de conta

Com isso, temos o projeto de uma conta bancária. Podemos pegar esse projeto e acessar seu saldo? Não. O que temos ainda é o projeto. Antes, precisamos construir uma conta, para poder acessar o que ela tem, e pedir a ela que faça algo.

 

 

Repare na figura: apesar do papel do lado esquerdo especificar uma Conta, essa especificação é uma Conta? Nós depositamos e sacamos dinheiro desse papel? Não. Utilizamos a especificação da Conta para poder criar instâncias que realmente são contas, onde podemos realizar as operações que criamos.

Apesar de declararmos que toda conta tem um saldo, um número e uma agência no pedaço de papel (como à esquerda na figura), são nas instâncias desse projeto que realmente há espaço para armazenar esses valores.

Ao projeto da conta, isto é, a definição da conta, damos o nome de classe. Ao que podemos construir a partir desse projeto, as contas de verdade, damos o nome de objetos.

A palavra classe vem da taxonomia da biologia. Todos os seres vivos de uma mesma classe biológica têm uma série de atributos e comportamentos em comum, mas não são iguais, podem variar nos valores desses atributos e como realizam esses comportamentos.

Homo Sapiens define um grupo de seres que possuem características em comum, porém a definição (a ideia, o conceito) de um Homo Sapiens é um ser humano? Não. Tudo está especificado na classe Homo Sapiens, mas se quisermos mandar alguém correr, comer, pular, precisaremos de uma instância de Homo Sapiens, ou então de um objeto do tipo Homo Sapiens.

Um outro exemplo: uma receita de bolo. A pergunta é certeira: você come uma receita de bolo? Não. Precisamos instanciá-la, criar um objeto bolo a partir dessa especificação (a classe) para utilizá-la. Podemos criar centenas de bolos a partir dessa classe (a receita, no caso), eles podem ser bem semelhantes, alguns até idênticos, mas são objetos diferentes.

Podemos fazer milhares de analogias semelhantes. A planta de uma casa é uma casa? Definitivamente não. Não podemos morar dentro da planta de uma casa, nem podemos abrir sua porta ou pintar suas paredes. Precisamos, antes, construir instâncias a partir dessa planta. Essas instâncias, sim, podemos pintar, decorar ou morar dentro.

Pode parecer óbvio, mas a dificuldade inicial do paradigma da orientação a objetos é justo saber distinguir o que é classe e o que é objeto. É comum o iniciante utilizar, obviamente de forma errada, essas duas palavras como sinônimos.

Uma classe em Java

Vamos começar apenas com o que uma Conta tem, e não com o que ela faz (veremos logo em seguida).

Um tipo desses, como o especificado de Conta acima, pode ser facilmente traduzido para Java:

String

String é uma classe em Java. Ela guarda uma cadeia de caracteres, uma frase completa. Como estamos ainda aprendendo o que é uma classe, entenderemos com detalhes a classe String apenas em capítulos posteriores.

Por enquanto, declaramos o que toda conta deve ter. Estes são os atributos que toda conta, quando criada, vai ter. Repare que essas variáveis foram declaradas fora de um bloco, diferente do que fazíamos quando tinha aquele main. Quando uma variável é declarada diretamente dentro do escopo da classe, é chamada de variável de objeto, ou atributo.

Criando e usando um objeto

Já temos uma classe em Java que especifica o que todo objeto dessa classe deve ter. Mas como usá-la? Além dessa classe, ainda teremos o Programa.java e a partir dele é que vamos utilizar a classe Conta.

Para criar (construir, instanciar) uma Conta, basta usar a palavra chave new. Devemos utilizar também os parênteses, que descobriremos o que fazem exatamente em um capítulo posterior:

Bem, o código acima cria um objeto do tipo Conta, mas como acessar esse objeto que foi criado? Precisamos ter alguma forma de nos referenciarmos a esse objeto. Precisamos de uma variável:

Pode parecer estranho escrevermos duas vezes Conta: uma vez na declaração da variável e outra vez no uso do new. Mas há um motivo, que em breve entenderemos.

Através da variável minhaConta, podemos acessar o objeto recém criado para alterar seu titular, seu saldo, etc:

É importante fixar que o ponto foi utilizado para acessar algo em minhaConta. A minhaConta pertence ao Duke, e tem saldo de mil reais.

Métodos

Dentro da classe, também declararemos o que cada conta faz e como isto é feito – os comportamentos que cada classe tem, isto é, o que ela faz. Por exemplo, de que maneira que uma Conta saca dinheiro? Especificaremos isso dentro da própria classe Conta, e não em um local desatrelado das informações da própria Conta. É por isso que essas “funções” são chamadas de métodos. Pois é a maneira de fazer uma operação com um objeto.

Queremos criar um método que saca uma determinada quantidade e não devolve nenhuma informação para quem acionar esse método:

A palavra chave void diz que, quando você pedir para a conta sacar uma quantia, nenhuma informação será enviada de volta a quem pediu.

Quando alguém pedir para sacar, ele também vai dizer quanto quer sacar. Por isso precisamos declarar o método com algo dentro dos parênteses – o que vai aí dentro é chamado de argumento do método (ou parâmetro). Essa variável é uma variável comum, chamada também de temporária ou local, pois, ao final da execução desse método, ela deixa de existir.

Dentro do método, estamos declarando uma nova variável. Essa variável, assim como o argumento, vai morrer no fim do método, pois este é seu escopo. No momento que vamos acessar nosso atributo, usamos a palavra chave this para mostrar que esse é um atributo, e não uma simples variável. (veremos depois que é opcional)

Repare que, nesse caso, a conta poderia estourar um limite fixado pelo banco. Mais para frente, evitaremos essa situação, e de uma maneira muito elegante.

Da mesma forma, temos o método para depositar alguma quantia:

Observe que não usamos uma variável auxiliar e, além disso, usamos a abreviação += para deixar o método bem simples. O += soma quantidade ao valor antigo do saldo e guarda no próprio saldo, o valor resultante.

Para mandar uma mensagem ao objeto e pedir que ele execute um método, também usamos o ponto. O termo usado para isso é invocação de método.

O código a seguir saca dinheiro e depois deposita outra quantia na nossa conta:

Uma vez que seu saldo inicial é 1000 reais, se sacarmos 200 reais, depositarmos 500 reais e imprimirmos o valor do saldo, o que será impresso?

Métodos com retorno

Um método sempre tem que definir o que retorna, nem que defina que não há retorno, como nos exemplos anteriores onde estávamos usando o void.

Um método pode retornar um valor para o código que o chamou. No caso do nosso método saca , podemos devolver um valor booleano indicando se a operação foi bem sucedida.

A declaração do método mudou! O método saca não tem void na frente. Isto quer dizer que, quando é acessado, ele devolve algum tipo de informação. No caso, um boolean. A palavra chave return indica que o método vai terminar ali, retornando tal informação.

Exemplo de uso:

Ou então, posso eliminar a variável temporária, se desejado:

Mais adiante, veremos que algumas vezes é mais interessante lançar uma exceção (exception) nesses casos.

Meu programa pode manter na memória não apenas uma conta, como mais de uma:

Objetos são acessados por referências

Quando declaramos uma variável para associar a um objeto, na verdade, essa variável não guarda o objeto, e sim uma maneira de acessá-lo, chamada de referência.

É por esse motivo que, diferente dos tipos primitivos como int e long, precisamos dar new depois de declarada a variável:

O correto aqui, é dizer que c1 se refere a um objeto. Não é correto dizer que c1 é um objeto, pois c1 é uma variável referência, apesar de, depois de um tempo, os programadores Java falarem “Tenho um objeto c do tipo Conta”, mas apenas para encurtar a frase “Tenho uma referência c a um objeto do tipo Conta”.

Basta lembrar que, em Java, uma variável nunca é um objeto. Não há, no Java, uma maneira de criarmos o que é conhecido como “objeto pilha” ou “objeto local”, pois todo objeto em Java, sem exceção, é acessado por uma variável referência.

Esse código nos deixa na seguinte situação:

 

Internamente, c1 e c2 vão guardar um número que identifica em que posição da memória aquela Conta se encontra. Dessa maneira, ao utilizarmos o “.” para navegar, o Java vai acessar a Conta que se encontra naquela posição de memória, e não uma outra.

Para quem conhece, é parecido com um ponteiro, porém você não pode manipulá-lo como um número e nem utilizá-lo para aritmética, ela é tipada.

Um outro exemplo:

Qual é o resultado do código acima? O que aparece ao rodar?

O que acontece aqui? O operador = copia o valor de uma variável. Mas qual é o valor da variável c1? É o objeto? Não. Na verdade, o valor guardado é a referência (endereço) de onde o objeto se encontra na memória principal.

Na memória, o que acontece nesse caso:

 

Quando fizemos c2 = c1, c2 passa a fazer referência para o mesmo objeto que c1 referencia nesse instante.

Então, nesse código em específico, quando utilizamos c1 ou c2 estamos nos referindo exatamente ao mesmo objeto! Elas são duas referências distintas, porém apontam para o mesmo objeto! Compará-las com “==” vai nos retornar true, pois o valor que elas carregam é o mesmo!

Outra forma de perceber, é que demos apenas um new, então só pode haver um objeto Conta na memória.

Atenção: não estamos discutindo aqui a utilidade de fazer uma referência apontar pro mesmo objeto que outra. Essa utilidade ficará mais clara quando passarmos variáveis do tipo referência como argumento para métodos.

new

O que exatamente faz o new?

O new executa uma série de tarefas, que veremos mais adiante.

Mas, para melhor entender as referências no Java, saiba que o new, depois de alocar a memória para esse objeto, devolve uma “flecha”, isto é, um valor de referência. Quando você atribui isso a uma variável, essa variável passa a se referir para esse mesmo objeto.

Podemos então ver outra situação:

O operador == compara o conteúdo das variáveis, mas essas variáveis não guardam o objeto, e sim o endereço em que ele se encontra. Como em cada uma dessas variáveis guardamos duas contas criadas diferentemente, elas estão em espaços diferentes da memória, o que faz o teste no if valer false. As contas podem ser equivalentes no nosso critério de igualdade, porém elas não são o mesmo objeto. Quando se trata de objetos, pode ficar mais fácil pensar que o == compara se os objetos (referências, na verdade) são o mesmo, e não se são iguais.

 

 

Para saber se dois objetos têm o mesmo conteúdo, você precisa comparar atributo por atributo. Veremos uma solução mais elegante para isso também.

O método transfere()

E se quisermos ter um método que transfere dinheiro entre duas contas? Podemos ficar tentados a criar um método que recebe dois parâmetros: conta1 e conta2 do tipo Conta. Mas cuidado: assim estamos pensando de maneira procedural.

A ideia é que, quando chamarmos o método transfere, já teremos um objeto do tipo Conta (o this), portanto o método recebe apenas um parâmetro do tipo Conta, a Conta destino (além do valor):

 

Para deixar o código mais robusto, poderíamos verificar se a conta possui a quantidade a ser transferida disponível. Para ficar ainda mais interessante, você pode chamar os métodos deposita e saca já existentes para fazer essa tarefa:

 

Quando passamos uma Conta como argumento, o que será que acontece na memória? Será que o objeto é clonado?

No Java, a passagem de parâmetro funciona como uma simples atribuição como no uso do “=”. Então, esse parâmetro vai copiar o valor da variável do tipo Conta que for passado como argumento. E qual é o valor de uma variável dessas? Seu valor é um endereço, uma referência, nunca um objeto. Por isso não há cópia de objetos aqui.

Esse último código poderia ser escrito com uma sintaxe muito mais sucinta. Como?

Transfere Para

Perceba que o nome deste método poderia ser transferePara ao invés de só transfere. A chamada do método fica muito mais natural, é possível ler a frase em português que ela tem um sentido:

A leitura deste código seria “Conta1 transfere para conta2 50 reais”.

Continuando com atributos

As variáveis do tipo atributo, diferentemente das variáveis temporárias (declaradas dentro de um método), recebem um valor padrão. No caso numérico, valem 0, no caso de boolean, valem false.

Você também pode dar valores default, como segue:

Nesse caso, quando você criar uma conta, seus atributos já estão “populados” com esses valores colocados.

Imagine que comecemos a aumentar nossa classe Conta e adicionar nome, sobrenome e cpf do titular da conta. Começaríamos a ter muitos atributos… e, se você pensar direito, uma Conta não tem nome, nem sobrenome nem cpf, quem tem esses atributos é um Cliente. Então podemos criar uma nova classe e fazer uma composição

Seus atributos também podem ser referências para outras classes. Suponha a seguinte classe Cliente:

E dentro do main da classe de teste:

Aqui, simplesmente houve uma atribuição. O valor da variável c é copiado para o atributo titular do objeto ao qual minhaConta se refere. Em outras palavras, minhaConta tem uma referência ao mesmo Cliente que c se refere, e pode ser acessado através de minhaConta.titular.

Você pode realmente navegar sobre toda essa estrutura de informação, sempre usando o ponto:

Um sistema orientado a objetos é um grande conjunto de classes que vai se comunicar, delegando responsabilidades para quem for mais apto a realizar determinada tarefa. A classe Banco usa a classe Conta que usa a classe Cliente, que usa a classe Endereco. Dizemos que esses objetos colaboram, trocando mensagens entre si. Por isso acabamos tendo muitas classes em nosso sistema, e elas costumam ter um tamanho relativamente curto.

Mas, e se dentro do meu código eu não desse new em Cliente e tentasse acessá-lo diretamente?

Quando damos new em um objeto, ele o inicializa com seus valores default, 0 para números, false para boolean e null para referências. null é uma palavra chave em java, que indica uma referência para nenhum objeto.

 

 

Se, em algum caso, você tentar acessar um atributo ou método de alguém que está se referenciando para null, você receberá um erro durante a execução (NullPointerException, que veremos mais à frente). Da para perceber, então, que o new não traz um efeito cascata, a menos que você dê um valor default (ou use construtores, que também veremos mais a frente):

Com esse código, toda nova Conta criada já terá um novo Cliente associado, sem necessidade de instanciá-lo logo em seguida da instanciação de uma Conta. Qual alternativa você deve usar? Depende do caso: para toda nova Conta você precisa de um novo Cliente? É essa pergunta que deve ser respondida. Nesse nosso caso a resposta é não, mas depende do nosso problema.

Atenção: para quem não está acostumado com referências, pode ser bastante confuso pensar sempre em como os objetos estão na memória para poder tirar as conclusões de o que ocorrerá ao executar determinado código, por mais simples que ele seja. Com tempo, você adquire a habilidade de rapidamente saber o efeito de atrelar as referências, sem ter de gastar muito tempo para isso. É importante, nesse começo, você estar sempre pensando no estado da memória. E realmente lembrar que, no Java “uma variável nunca carrega um objeto, e sim uma referência para ele” facilita muito.

Para saber mais: Uma Fábrica de Carros

Além do Banco que estamos criando, vamos ver como ficariam certas classes relacionadas a uma fábrica de carros. Vamos criar uma classe Carro, com certos atributos, que descrevem suas características, e com certos métodos, que descrevem seu comportamento.

Vamos testar nosso Carro em um novo programa:

Nosso carro pode conter também um Motor:

Podemos, criar diversos Carros e mexer com seus atributos e métodos, assim como fizemos no exemplo do Banco.

Todas as classes no mesmo arquivo?

Você até pode colocar todas as classes no mesmo arquivo e apenas compilar esse arquivo. Ele vai gerar um .class para cada classe presente nele.

Porém, por uma questão de organização, é boa prática criar um arquivo .java para cada classe. Em capítulos posteriores, veremos também determinados casos nos quais você será obrigado a declarar cada classe em um arquivo separado.

Essa separação não é importante nesse momento do aprendizado, mas se quiser ir praticando sem ter que compilar classe por classe, você pode dizer para o javac compilar todos os arquivos java de uma vez:

javac *.java

Um pouco mais…

Quando declaramos uma classe, um método ou um atributo, podemos dar o nome que quisermos, seguindo uma regra. Por exemplo, o nome de um método não pode começar com um número. Pesquise sobre essas regras.

Como você pode ter reparado, sempre damos nomes às variáveis com letras minúsculas. É que existem convenções de código, dadas pela Oracle, para facilitar a legibilidade do código entre programadores. Essa convenção é muito seguida. Leia sobre ela pesquisando por “java code conventions”.

É necessário usar a palavra chave this quando for acessar um atributo? Para que, então, utilizá-la?

Existe um padrão para representar suas classes em diagramas, que é amplamente utilizado, chamado UML. Pesquise sobre ele.

  • 4. Modificadores de acesso e atributos de classe