Kapitel 1: Anforderungen an moderne Software und ihre Umsetzung in Java

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1 Kapitel 1: Anforderungen an moderne Software und ihre Umsetzung in Java 1 Anwendungs-Anforderungen an Software-Architekturen Bisher unterstützte Geschäftsprozesse sollen zuverlässig / fehlerfrei effizient durchführbar sein Bei neuen oder geänderten Geschäftsprozessen: Software soll schnell anpassbar an neue Anforderungen kostengünstig sein 2 1

2 Technische Anforderungen an Software (1) Aus Anwendungsanforderungen abgeleitete technische Anforderunen: Bisher unterstützte Geschäftsprozesse: zuverlässig / fehlerfrei wartbare Komponenten isoliert testbare Komponenten solides Fehlerbehandlungskonzept effizient auf Kundenwünsche maßgeschneidert optimierbar, ineffiziente Komponenten austauschbar 3 Technische Anforderungen an Software (2) Bei geänderten / neuen Geschäftsprozessen zusätzlich: Software soll kostengünstig / schnell anpassbar sein austauschbar wieder verwendbar erweiterbar anpassbar an Kundenwünsche Bei neuen Geschäftsprozessen zusätzlich: Software soll kostengünstig / schnell konstruierbar sein kombinierbar aus vorhandenen Bausteinen / Komponenten Komponenten portierbar in neue Umgebungen zukünftiger Wartungsaufwand soll gering sein nur Geschäftslogik programmieren, keine Routineaufgaben 4 2

3 Erfahrungen aus dem Software-Engineering 70% Wartungskosten Trend zu OO-Sprachen (C++, C#, Java) Anforderungen an Software Wartbarkeit Fehlerbehandlungskonzept Austauschbarkeit Wiederverwendbarkeit Erweiterbarkeit Anpassbar an Kundenwünsche in OO-Sprachen/Systemen gelöst durch Schnittstellen-Definitionen, Importe getrennte Ausnahme-Behandlung Schnittstelle Implementierung Code für Klassen von Objekten Vererbung, Redefinition von Methoden 5 Kostengünstig Software entwickeln Vorteile von OO-Sprachen (C++, Java und C#) Wartbarkeit von Software: Lesbarkeit: Code minimieren Geheimnisprinzip Trennung von Interface und Implementierung Wiederverwendung von Software Vererbung und Redefinition 1 Interface mehrere Implementierungen Fehlerbehandlung getrennte Fehlerklassen Erzeugung brauchbarer Komponenten für Server, SOA, in C++, Java, C# 6 3

4 Brauchbare Komponenten: Code minimieren 1 if ( Bedingung ) { A ; gleicher Code in if-zweig und else-zweig B ; C ; else { A ; D ; C ; 7 Brauchbare Komponenten: Code minimieren 1 A ; if ( Bedingung ) if ( Bedingung ) { A ; B ; B ; C ; else else { A ; D ; D ; C ; C ; 8 4

5 Brauchbare Komponenten: Code minimieren 2 if ( B ) x = A ; else x = C ; 9 Brauchbare Komponenten: Code minimieren 2 if ( B ) x = A ; x = B? A : C ; else x = C ; 10 5

6 Brauchbare Komponenten: Code minimieren 3 if ( B1 && B2 ) A12 ; if ( B1 &&! B2 ) A1 ; if (! B1 && B2 ) A2 ; if (! B1 &&! B2 ) A ; if ( B1 ) if ( B2 ) A12 ; else A1 ; else if ( B2 ) A2 ; else A ; 11 Aufgabe - Code-Minimierung Schreiben Sie ein Praktikanten-Vermittlungs-Programm, das Terminvorschläge für die Zuordnung der 6 Praktikanten zu den 6 Abteilungen macht und in einer Tabelle ausgibt, welcher Praktikant in welcher Woche in welcher Abteilung ist > Wochen Nummer der Abteilungen (1-6) 5 6 Praktikanten es gibt eine minimale Lösung ohne " if " 12 6

7 Brauchbare Komponenten: Geheimnis-Prinzip Nutzer benutzt M1 M2 M3 M4 Möglichst viele Details verstecken Wie realisiert: Trennung von Interface (M1,,M4) und Implementierung nur Interface ist sichtbar, Implementierung ist geheim Implementierung austauschbar, ohne dass Nutzer es sieht bessere Wartbarkeit, Fehlerfreiheit, Sicherheit gute Programmiertechnik - wird unterstützt durch moderne OO-Sprachen (C++, Java, C#) nicht unterstützt durch COBOL, Fortran, 4GL-Sprachen, Ajax??? 13 Geheimnis-Prinzip Umsetzung in Java (1) Möglichst viele Details verstecken Modulkonzepte: 1. Klassen Attribute (interne Objektzustände) verstecken 2. Pakete (=mehrere zusammengehörige Klassen) Details in einer Gruppe von Klassen vor anderen verbergen 3. Trennung von Interface und Implementierung Implementierung austauschbar ohne dass Nutzer es sieht Namensräume: keine globalen Variablen keine Namenskonflikte 14 7

8 Geheimnis-Prinzip Umsetzung in Java (2) M1 M2 M3 M4??? Möglichst viele Details verstecken Sichtbarkeitsmodifikatoren: public protected (default) Attribut/Methode ist nutzbar in: jeder Klasse der Klasse, ihren Unterklassen und in Klassen im selben Paket in Klassen im selben Paket private nur in der Klasse selbst 15 Geheimnis-Prinzip Umsetzung in Java (3) Variablen so lokal wie möglich definieren { int x ; void m( ) { Sichtbarkeit von x größer als notwendig // x wird nur hier in m( ) verwendet // ende von m( ) 16 8

9 Geheimnis-Prinzip Umsetzung in Java (3) Variablen so lokal wie möglich definieren { int x ; void m( ) { int x ; // x wird nur hier in m( ) verwendet // ende von m( ) 17 Geheimnis-Prinzip Umsetzung in Java (4) Attribute von außerhalb der sie definierenden Klasse (wenn überhaupt) nur kontrolliert lesen oder ändern lassen class C { public int x ; int attribute ; int getattribute( ) { return attribute ; void setattribute( int a ) { attribute = a ; 18 9

10 Geheimnis-Prinzip Umsetzung in Java (5) Innere Klassen class Liste { Knoten ersteselement ; class Knoten { Knoten suchevorgaenger( ) { public void entferne() { 19 Trennung von Interface und Implementierung wartbare und austauschbare Komponenten Interfaces versprechen das WAS, aber beschreiben nicht das WIE : = WAS man anwenden kann - ohne WIE es implementiert ist M1 M2 M3 M4??? Interfaces können benutzt werden, ohne sich auf eine Implementierung festzulegen Implementierung ist austauschbar ohne Auswirkung auf übrige Software geheime Software ist lokal änderbar und optimierbar, leichter wartbar, isoliert testbar, leichter wieder verwertbar 20 10

11 Trennung von Interface und Implementierung Andere Programme nutzen das Interface: interface Zahlstelle class ECKasse ECK1 ECKn Objekte der Klasse 21 Interfaces Interfaces versprechen das WAS, aber beschreiben nicht das WIE : ( = WAS man anwenden kann - ohne WIE es implementiert ist ) interface Zahlstelle { void bezahlen( int betrag ) ; Interfaces können als Variablentypen benutzt werden, ohne sich auf eine Implementierung festzulegen Zahlstelle z1 ;... ; z1.bezahlen( 3400 ) ; Code ist vielseitig verwendbar (Wiederverwendbarkeit) 22 11

12 Klassen implementieren Interfaces liefern eine Implementierung (z.b. von einem Interface), können Attribute (z.b. standort) kapseln (=verstecken) class ECKasse implements Zahlstelle { void bezahlen( int betrag ) { karteeinschieben ( ) ; abbuchen ( betrag ) ; unterschriftnichtvergessen ( ) ; String standort ;... // weitere Attribute und Methoden 23 Single-Source-Prinzip = Jede Idee nur einmal codieren in "jeder" Sprache: Funktionen mit Parametern in Java zusätzlich: Interfaces mit polymorphen Implementierungen Vererbung void einkaufen(..., Zahlstelle kasse1 ) {... ; kasse1.bezahlen( betrag ) ; einkaufen( tanteemma, ladenkasse ) ; einkaufen( mediamarkt, ec_kasse ) ; 24 12

13 Polymorphie: Interface mit verschiedenen Implementierungen verschiedenene Komponenten (z.b. Klassen), die dasselbe Interface implementieren M1 M2 M3 M4 Komponente 1 M1 M2 M3 M4 Komponente 2 Nutzen: 1. Komponenten 1 und 2 sind austauschbar, ohne den Rest zu ändern, 2. schnell 2 verschiedenen Systeme gebaut: System 1 mit Komponente 1 & System 2 mit Komponente 2 der ganze Rest ist wieder verwendbar 25 Verschiedene Implementierungen Verschiedene Klassen implementieren das Interface: interface Zahlstelle class ECKasse class Ladenkasse ECK1 ECKn LK1 LKn 26 13

14 Polymorphie verschiedenene Klassen, die dasselbe Interface implementieren oder eine Oberklasse erweitern. class LadenKasse implements Zahlstelle { int geldmenge ; String kassierer ; void bezahlen( int betrag ) {... // anders implementiert void neuerkassierer( String name ) {... int geldentnahme( int Restbetrag ) {... Prüfliste kassenprüfung( ) {... Nutzen: Bezahlen kann mit verschiedenen Zahlstellen realisiert werden, Anwendungen wie Einkaufen verwenden nur das Interface, müssen also nur 1x implementiert werden (Single-Source-Prinzip) 27 Vererbung und Redefinition von Methoden wiederverwendbarer und anpassbarer Code Komponenten (Klassen) sind erweiterbar ( Subklassen ), können Attribute / Methoden (M1,M2,M4) von Oberklassen erben können Methoden (M3) redefinieren M1 M2 M3 M4 Komponente M1 M2 M3 M4 Verhalten der Komponente ist anpassbar: nur die redefinierte Methode M3 muss neu geschrieben werden, der Rest wird "geerbt" erbende Komponente 28 14

15 Klassenhierarchie mit Vererbung Andere Programme nutzen das Interface: interface Zahlstelle class ECKasse class Ladenkasse ECK1 ECKn LK1 LKn class PINECKasse PEK1 PEKn Andere Programme sind so auf alle Kassenarten anwendbar 29 Vererbung und Redefinition Klassen sind erweiterbar ( Subklassen ), können Attribute/Methoden von Oberklassen erben können Methoden redefinieren ( z.b. bezahlen(...) oder init( ) ) class PINECKasse extends ECKasse { void bezahlen( int betrag ) { karteeinschieben ( ) ; erfragepin ( ) ; abbuchen( betrag ) ; // andere Attribute und Methoden werden geerbt, // z.b. standort 30 15

16 Vererbung Spezialfall: Anonyme Klassen Anonyme Klassen innere Klasse, die nur an einer Stelle gebraucht wird, braucht keinen Namen anonyme Klasse typische Anwendung: einmalige Erweiterung vorhandener Klasse, z.b. in Swing mit Redefinition einer Methode, i.d.r. andere Reaktion auf ein Ereignis 31 Fehlerbehandlung vom Aktionsfluss trennen Fehlerbehandlung bis zu 70% des Codes trennen vom normalen Programmfluss und Logik lesbarere Programme einfachere Wartung Fehlerbehandlung zusammenfassen weniger Code für Fehlerbehandlung 32 16

17 Trennung der Ausnahmen von Nutz-Code bei Konvertierungen, bei allen Leseoperationen,... try { ECKasse eck = new ECKasse ( ) ; //... eck.bezahlen( 3000 ) ; //... catch ( IOException e ) // fange IOExceptions ab { System.out.println( Eingabe-Fehler: + e ) ; catch ( Exception e ) // fange beliebige Exceptions ab { System.out.println( sonstiger Fehler: + e ) ; finally // mache in jedem Fall zuletzt { dateiaus.close() ; 33 Wiederverwendung der Ausnahme-Behandlung Ausnahmebehandlung am Ort ihres Auftretens aber in eigener Klasse: Zahlstelle ECKasse PINECKasse Zahlstellenausnahme ECKassenausnahme PINFalsch class ZahlstellenAusnahme { String tostring( ) { return Fehler beim Bezahlen ; class ECKassenAusnahme extends Zahlstellenausnahme { String tostring( ) { return super.tostring( ) + mit EC-Karte ; class PINFalsch extends ECKassenAusnahme { String tostring( ) { return super.tostring( ) + PIN falsch ; 34 17

18 Fehler als Ausnahmen behandeln (C++/Java) Ziel: Geschäft noch retten bei Fehlern (z.b. falschen Eingaben des Kunden) deshalb: Ausnahme-Behandlung statt System-Absturz Ausnahmebehandlung zu jeder Klasse, in der Ausnahmen möglich sind am Ort ihres Auftretens aber in eigener Klasse: Artikel einkaufen Bezahlen kann/will Artikel nicht einkaufen kann/will nicht bezahlen Zahlen mit Kreditkarte Kreditkartenausnahme 35 Single-Data-Prinzip = Jede Information nur einmal speichern ==> Redundanzfreiheit (oder nur kontrollierte Redundanz) Unterscheidung zwischen Instanzvariablen und Klassenvariablen class BenzinPKW {... double verbrauch ; // jedesmal anders static double benzinpreis ; // für alle Objekte gleich 5,5 7 verbrauch benzinpreis pkw1 1,12 pkw

19 Aufgabe: Objekt-orientiertes Design, Geheimnisprinzip und Wiederverwendung entwerfen und programmieren Sie: "Berechne aus dem Kraftstoffverbrauch pro 100 km und aus dem Benzinpreis bzw. dem Dieselpreis verschiedener PKW und aus deren Abschreibungskosten pro 100 km deren Gesamtkosten pro 100 km. " entwerfen Sie Klassen, Attribute und Methoden maximieren Sie Wiederverwendung alles so privat wie möglich 37 Tipp zur Aufgabe: Objekt-orientiertes Design, Geheimnisprinzip und Wiederverwendung "Berechne aus dem Kraftstoffverbrauch pro 100 km und aus dem Benzinpreis bzw. dem Dieselpreis verschiedener PKW und aus deren Abschreibungskosten pro 100 km deren Gesamtkosten pro 100 km. " identifiziere und unterscheide Arten von Objekten Klassen, Eigenschaften Attribute (Klassen) und Aktivitäten Methoden weitere Schritte an der Tafel 38 19

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