Підкласи та їхні конструктори

Спільна поведінка предметних типів

У відомості підприємства є працівники з фіксованою оплатою та працівники з погодинною оплатою. Обидва мають ім’я і можуть повідомити зарплату. Формула розрахунку різна, але код друку відомості не повинен перевіряти назву кожного конкретного класу. Для цього потрібний спільний контракт.

Наслідування (inheritance) утворює підтип на основі наявного класу. У Java клас має не більше одного безпосереднього суперкласу, зазначеного після extends. Якщо його не вказано, звичайний клас безпосередньо наслідує Object. Ланцюжок може містити кілька рівнів, але глибока ієрархія ускладнює розуміння поведінки.

Підклас не є копією вихідного файлу суперкласу. Його екземпляр містить також стан базової частини; доступ до цього стану визначається модифікаторами. Приватне поле суперкласу існує в об’єкті, але не доступне безпосередньо з коду підкласу. Конструктори не успадковуються. Якщо Employee має конструктор з ім’ям, HourlyEmployee потребує власного конструктора, який викличе базовий.

Зв’язок «є різновидом» має означати можливість заміни в програмі. Коло є фігурою, а принтер має картридж. Другий зв’язок описують полем, тобто композицією, а не наслідуванням принтера від картриджа. Подібність полів сама по собі не створює відношення підтипу.

Офіційний вступ до наслідування: https://dev.java/learn/inheritance/. У цій лекції використовуємо конкретний базовий клас, який має змістовну стандартну поведінку. Абстрактний контракт без реалізації окремих операцій розглянемо далі.

Рис. 6.1. Працівник як спільний тип оплати

Конструктор підкласу і базова частина

Конструктор відповідає за весь новий об’єкт, а не лише за поля поточного класу. Він прямо або опосередковано викликає конструктор суперкласу через super(...). Якщо явного виклику this(...) або super(...) немає, компілятор вставляє super(). Тому суперклас без доступного конструктора без параметрів вимагає явного вибору конструктора з аргументами.

this(...) делегує іншому конструктору того самого класу. Ланцюжок повинен зрештою дійти до super(...), а не утворити цикл. super не означає окремий об’єкт: це спосіб звернутися до базової реалізації в межах поточного екземпляра. Звичайний new HourlyEmployee створює один об’єкт, у якому є базові та похідні поля.

У JDK 27 перед явним викликом конструктора можна виконувати дозволений пролог: наприклад, перевіряти аргумент або обчислювати локальну змінну. Це стабільна можливість, не режим preview. Водночас ранній контекст не дозволяє довільно читати ще не ініціалізований об’єкт, викликати його методи або передавати this назовні. У навчальних прикладах пролог лише перевіряє параметри.

Загальна послідовність така: пам’ять отримує початкові значення, виконуються прологи й виклики конструкторів уздовж ланцюжка, після повернення базового конструктора виконуються ініціалізатори поточного класу та решта його конструктора. Присвоєння в ініціалізаторі поля може перезаписати значення, установлене раніше у прологу; не використовуйте таку залежність як навчальний прийом.

Рис. 6.2. Ланцюжок конструювання об’єкта підкласу

Не викликайте перевизначуваний метод із конструктора базового класу. Динамічний вибір працює вже під час створення, коли поля підкласу ще можуть мати нулі або null. Помилка виглядає як несправність методу, хоча її причина – занадто ранній виклик. Приватний допоміжний метод конструктора не перевизначується й простіший для аналізу, але також не повинен публікувати this.

Приклад 1. Відомість працівників

Суми зберігаємо в копійках типу long. Фіксований працівник отримує базову суму; погодинний додає оплату годин до базової суми. Межі навчальної моделі гарантують, що множення не переповнює long. Це умовні правила прикладу, а не правила розрахунку реальної зарплати.

Кожний клас перевіряє власні параметри. Підклас виконує перевірки ставки й годин у прологу, потім доручає перевірку імені й базової суми суперкласу. Метод salary() базового класу повторно використовується явним викликом super.salary().

class Employee {
    private final String name;
    private final long base;

    Employee(String name, long base) {
        if (name == null || name.isBlank()
                || base < 0 || base > 100_000_000) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid employee");
        }
        this.name = name.strip();
        this.base = base;
    }

    public long salary() { return base; }
    public final String getName() { return name; }

    @Override
    public String toString() {
        return name + ": " + salary();
    }
}

final class HourlyEmployee extends Employee {
    private final int hours;
    private final long rate;

    HourlyEmployee(String name, long base, int hours, long rate) {
        if (hours < 0 || hours > 250 || rate < 0
                || rate > 1_000_000) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid hours/rate");
        }
        super(name, base);
        this.hours = hours;
        this.rate = rate;
    }

    @Override
    public long salary() {
        return super.salary() + hours * rate;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Employee[] staff = {
            new Employee("Olena", 200_000),
            new HourlyEmployee("Taras", 100_000, 20, 5_000)
        };
        long total = 0;
        for (Employee employee : staff) {
            System.out.println(employee);
            total += employee.salary();
        }
        System.out.println("Total: " + total);
        try {
            new HourlyEmployee("Ivan", 0, -1, 5_000);
        } catch (IllegalArgumentException ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        }
    }
}

Olena: 200000
Taras: 200000
Total: 400000
Invalid hours/rate

Масив має тип Employee[], але другий елемент посилається на HourlyEmployee. Цикл не знає ставки та годин: він звертається до загальної операції. Навіть базовий toString() викликає перевизначений salary() для погодинного працівника. Саме тому базовий код повинен документувати, які методи він викликає і які гарантії очікує від підкласів.

Для граничної перевірки задайте нуль годин і нуль ставки: результат дорівнює базовій сумі. Від’ємні години та 251 мають відхилятися до створення об’єкта. Порожнє ім’я відхиляє конструктор Employee, незалежно від способу створення конкретного підтипу.