8.1 Relaciones entre clases

Cuando estudiaste el concepto de clase, esta fue descrita como una especie de mecanismo de definición (plantillas), en el que se basaría el entorno de ejecución a la hora de construir un objeto: un mecanismo de definición de objetos.

Por tanto, a la hora de diseñar un conjunto de clases para modelar el conjunto de información cuyo tratamiento se desea automatizar, es importante establecer apropiadamente las posibles relaciones que puedan existir entre unas clases y otras.

En algunos casos es posible que no exista relación alguna entre unas clases y otras, pero lo más habitual es que sí exista: una clase puede ser una especialización (relación entre dos clases donde una de ellas, la subclase, es una versión más especializada que la otra, la superclase, compartiendo características en común pero añadiendo ciertas características específicas que la especializan). El punto de vista inverso sería la generalización (relación entre dos clases donde una de ellas, la superclase, es una versión más genérica que la otra, la subclase, compartiendo características en común pero sin las propiedades específicas que caracterizan a la subclase). Es decir, que entre unas clases y otras habrá que definir cuál es su relación (si es que existe alguna).

Se pueden distinguir diversos tipos de relaciones entre clases:

Clientela: cuando una clase utiliza objetos de otra clase (por ejemplo al pasarlos como parámetros a través de un método).
Composición: cuando alguno de los atributos de una clase es un objeto de otra clase.
Anidamiento: cuando se definen clases en el interior de otra clase.
Herencia: cuando una clase comparte determinadas características con otra (clase base), añadiéndole alguna funcionalidad específica (especialización).

La relación de clientela la llevas utilizando desde que has empezado a programar en Java, pues desde tu clase principal (clase con método main ) has estado declarando, creando y utilizando objetos de otras clases.

Ejemplo clientela

Si utilizas un objeto String dentro de la clase principal de tu programa, este será cliente de la clase String (como sucederá con prácticamente cualquier programa que se escriba en Java). Es la relación fundamental y más habitual entre clases (la utilización de unas clases por parte de otras) y, por supuesto, la que más vas a utilizar tú también; de hecho, ya la has estado utilizando y lo seguirás haciendo.

La relación de composición es posible que ya la hayas tenido en cuenta si has definido clases que contenían (tenían como atributos) otros objetos en su interior, lo cual es bastante habitual.

Ejemplo composición

Si escribes una clase donde alguno de sus atributos es un objeto de tipo String , ya se está produciendo una relación de tipo composición (tu clase "tiene" un String , es decir, está compuesta por un objeto String y por algunos elementos más).

La relación de anidamiento (o anidación) es quizá menos habitual, pues implica declarar unas clases dentro de otras (clases internas o anidadas). En algunos casos puede resultar útil para tener un nivel más de encapsulamiento (ocultamiento del estado de un objeto, de sus datos miembro o atributos) de manera que sólo se puede cambiar mediante las operaciones (métodos) definidas para ese objeto. Cada objeto está aislado del exterior de manera que se protegen los datos contra su modificación por quien no tenga derecho a acceder a ellos, eliminando efectos secundarios y colaterales no deseados. Este modo de proceder permite que el usuario de una clase pueda obviar la implementación de los métodos y propiedades para concentrarse sólo en cómo usarlos. Por otro lado se evita que el usuario pueda cambiar su estado de manera imprevista e incontrolada, y oculta información (efecto que se consigue gracias a la encapsulación: se evita la visibilidad de determinados miembros de una clase al resto del código del programa para de ese modo comunicarse con los objetos de la clase únicamente a través de su interfaz/métodos).

Ejemplo anidamiento

// Clase externa Persona
public class Persona {

    private String nombre;
    private Direccion direccion;

    // Constructor
    public Persona(String nombre, String calle, String ciudad) {
        this.nombre = nombre;
        this.direccion = new Direccion(calle, ciudad);
    }

    public void mostrarDatos() {
        System.out.println("Nombre: " + nombre);
        System.out.println("Dirección: " + direccion.obtenerDireccionCompleta());
    }

    // Clase interna anidada Direccion
    private class Direccion {
        private String calle;
        private String ciudad;

        public Direccion(String calle, String ciudad) {
            this.calle = calle;
            this.ciudad = ciudad;
        }

        public String obtenerDireccionCompleta() {
            return calle + ", " + ciudad;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Persona p = new Persona("María García", "Av. Principal 123", "Valencia");
        p.mostrarDatos();

        // La siguiente línea generaría un error ya que Direccion es privada:
        // Persona.Direccion direccion = p.new Direccion("Calle Secundaria", "Madrid");
    }
}

En el caso de la relación de herencia también la has visto ya, pues seguro que has utilizado unas clases que derivaban de otras, sobre todo, en el caso de los objetos que forman parte de las interfaces gráficas. Lo más probable es que hayas tenido que declarar clases que derivaban de algún componente gráfico (JFrame, JDialog, etc.).

Podría decirse que tanto la composición como la anidación son casos particulares de clientela, pues en realidad en todos esos casos una clase está haciendo uso de otra (al contener atributos que son objetos de la otra clase, al definir clases dentro de otras clases, al utilizar objetos en el paso de parámetros, al declarar variables locales utilizando otras clases, etc.).

A lo largo de la unidad, irás viendo distintas posibilidades de implementación de clases haciendo uso de todas estas relaciones, centrándonos especialmente en el caso de la herencia, que es la que permite establecer las relaciones más complejas.

1. Composición¶

Cuando en un sistema de información, una determinada entidad A contiene a otra B como una de sus partes, se suele decir que se está produciendo una relación de composición. Es decir, el objeto de la clase A contiene a uno o varios objetos de la clase B.

Ejemplo composición

Si describes una entidad Pais compuesta por una serie de atributos, entre los cuales se encuentra una lista de comunidades autónomas, podrías decir que los objetos de la clase Pais contienen varios objetos de la clase ComunidadAutonoma. Por otro lado, los objetos de la clase ComunidadAutonoma podrían contener como atributos objetos de la clase Provincia, la cual a su vez también podría contener objetos de la clase Municipio.

public class Municipio {
    private String nombre;
    // ...
}

public class ComunidadAutonoma {
    private String nombre;
    private Municipio[] municipios;
    // ...
}

public class Pais {
    private String nombre;
    private ComunidadAutonoma[] comunidades;
    // ...
}

Como puedes observar, la composición puede encadenarse todas las veces que sea necesario hasta llegar a objetos básicos del lenguaje o hasta tipos primitivos que ya no contendrán otros objetos en su interior. Ésta es la forma más habitual de definir clases: mediante otras clases ya definidas anteriormente. Es una manera eficiente y sencilla de gestionar la reutilización de todo el código ya escrito. Si se definen clases que describen entidades distinguibles y con funciones claramente definidas, podrán utilizarse cada vez que haya que representar objetos similares dentro de otras clases.

Anotación

La composición se da cuando una clase contiene algún atributo que es una referencia a un objeto de otra clase.

Una forma sencilla de plantearte si la relación que existe entre dos clases A y B es de composición podría ser mediante la expresión idiomática "tiene un": "la clase A tiene uno o varios objetos de la clase B", o visto de otro modo: "Objetos de la clase B pueden formar parte de la clase A".

Algunos ejemplos ...

Un coche tiene un motor y tiene cuatro ruedas.
Una persona tiene un nombre, una fecha de nacimiento, una cuenta bancaria asociada para ingresar la nómina, etc.
Un cocodrilo bajo investigación científica que tiene un número de dientes determinado, una edad, unas coordenadas de ubicación geográfica (medidas con GPS), etc.

Recuperando algunos ejemplos de clases que ya hemos utilizado anteriormente ...

Una clase Rectangulo podría contener en su interior dos objetos de la clase Punto para almacenar los vértices inferior izquierdo y superior derecho.
Una clase Empleado podría contener en su interior un objeto de la clase DNI para almacenar su DNI/NIF, y otro objeto de la clase CuentaBancaria para guardar la cuenta en la que se realizan los ingresos en nómina.

¿Podría decirse que la relación que existe entre la clase Ave y la clase Loro es una relación de composición?

No. Aunque claramente existe algún tipo de relación entre ambas, no parece que sea la de composición. No parece que se cumpla la expresión "tiene un": "Un loro tiene un ave". Se cumpliría más bien una expresión del tipo "es un": "Un loro es un ave". Algunos objetos que cumplirían la relación de composición podrían ser Pico o Alas, pues "un loro tiene un pico y dos alas", del mismo modo que "un ave tiene pico y dos alas". Este tipo de relación parece más de herencia (un loro es un tipo de ave).

2. Herencia¶

El mecanismo que permite crear clases basándose en otras que ya existen es conocido como herencia. Como ya has visto en unidades anteriores, Java implementa la herencia mediante la utilización de la palabra reservada extends.

El concepto de herencia es algo bastante simple y sin embargo muy potente: cuando se desea definir una nueva clase y ya existen clases que, de alguna manera, implementan parte de la funcionalidad que se necesita, es posible crear una nueva clase derivada de la que ya tienes. Al hacer esto se posibilita la reutilización de todos los atributos y métodos de la clase que se ha utilizado como base (clase madre o superclase), sin la necesidad de tener que escribirlos de nuevo.

Una subclase hereda todos los miembros de su clase madre (atributos, métodos y clases internas). Los constructores no se heredan, aunque se pueden invocar desde la subclase.

Algunos ejemplos ...

Un coche es un vehículo (heredará atributos como la velocidad máxima o métodos como parar y arrancar).
Un empleado es una persona (heredará atributos como el nombre o la fecha de nacimiento).
Un rectángulo es una figura geométrica en el plano (heredará métodos como el cálculo de la superficie o de su perímetro).
Un cocodrilo es un reptil (heredará atributos como por ejemplo el número de dientes).

En este caso la expresión idiomática que puedes usar para plantearte si el tipo de relación entre dos clases A y B es de herencia podría ser "es un": "la clase B es un tipo específico de la clase A" (especialización), o visto de otro modo: "la clase A es un caso general de la clase B" (generalización).

Recuperando algunos ejemplos de clases que ya hemos utilizado anteriormente ...

Una ventana en una aplicación gráfica puede ser una clase que herede de JFrame (componente Swing: javax.swing.JFrame), de esta manera esa clase será un marco que dispondrá de todos los métodos y atributos de JFrame más aquellos que tú decidas incorporarle al rellenarlo de componentes gráficos.
Una caja de diálogo puede ser un tipo de JDialog (otro componente Swing: javax.swing.JDialog).

En Java, la clase Object (dentro del paquete java.lang) define e implementa el comportamiento común a todas las clases (incluidas aquellas que tú escribas). Como recordarás, ya se dijo que en Java cualquier clase deriva en última instancia de la clase Object.

Todas las clases tienen una clase madre, que a su vez también posee una superclase, y así sucesivamente hasta llegar a la clase Object . De esta manera, se construye lo que habitualmente se conoce como una jerarquía de clases, que en el caso de Java tendría a la clase Object en la raíz.

Anotación

Cuando escribas una clase en Java, puedes hacer que herede de una determinada clase madre (mediante el uso de extends) o bien no indicar ninguna herencia. En tal caso, aunque no indiques explícitamente ningún tipo de herencia, el compilador asumirá entonces de manera implícita que tu clase hereda de la clase Object, que define e implementa el comportamiento común a todas las clases.

3. ¿Herencia o composición?¶

Cuando escribas tus propias clases, debes intentar tener claro en qué casos utilizar la composición y cuándo la herencia:

Composición: cuando una clase está formada por objetos de otras clases. En estos casos se incluyen objetos de esas clases, pero no necesariamente se comparten características con ellos (no se heredan características de esos objetos, sino que directamente se utilizarán sus atributos y sus métodos). Esos objetos incluidos no son más que atributos miembros de la clase que se está definiendo.
Herencia: cuando una clase cumple todas las características de otra. En estos casos la clase derivada es una especialización (o particularización, extensión o restricción) de la clase base. Desde otro punto de vista se diría que la clase base es una generalización de las clases derivadas.

Ejemplo herencia

Imagina que dispones de una clase Punto (ya la has utilizado en otras ocasiones) y decides definir una nueva clase llamada Círculo. Dado que un punto tiene como atributos sus coordenadas en plano (x1, y1), decides que es buena idea aprovechar esa información e incorporarla en la clase Circulo que estás escribiendo. Para ello utilizas la herencia, de manera que al derivar la clase Círculo de la clase Punto, tendrás disponibles los atributos x1 e y1. Ahora solo faltaría añadirle algunos atributos y métodos más como por ejemplo el radio del círculo, el cálculo de su área y su perímetro, etc.

En principio parece que la idea pueda funcionar pero es posible que más adelante, si continúas construyendo una jerarquía de clases, observes que puedas llegar a conclusiones incongruentes al suponer que un círculo es una especialización de un punto (un tipo de punto). ¿Todas aquellas figuras que contengan uno o varios puntos deberían ser tipos de punto? ¿Y si tienes varios puntos? ¿Cómo accedes a ellos? ¿Un rectángulo también tiene sentido que herede de un punto? No parece muy buena idea.

Parece que en este caso habría resultado mejor establecer una relación de composición. Analízalo detenidamente: ¿cuál de estas dos situaciones te suena mejor?

"Un círculo es un punto (su centro)", y por tanto heredará las coordenadas x1 e y1 que tiene todo punto. Además tendrá otras características específicas como el radio o métodos como el cálculo de la longitud de su perímetro o de su área.
"Un círculo tiene un punto (su centro)", junto con algunos atributos más como por ejemplo el radio. También tendrá métodos para el cálculo de su área o de la longitud de su perímetro.

Parece que en este caso la composición refleja con mayor fidelidad la relación que existe entre ambas clases. Normalmente suele ser suficiente con plantearse las preguntas "¿B es un tipo de A?" o "¿B contiene elementos de tipo A?".

Un poquito de ...