Transkript

1 Prorammierun I: JAVA Skript zur Vorlesun WS 1998è99 Katharina Morik 22. November

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitun 3 2 Einfíuhrun in objektorientiertes Modellieren Grundberiæe Modellierun Was wissen Sie jetzt? Einfíuhrun in JAVA - erste Schritte Syntax fíur Klassen Die Behíalterklasse Vector Was wissen Sie jetzt? Variablen und Typen Variablendeklaration Einfache Datentypen Wertzuweisunen Was wissen Sie jetzt? Operatoren Was wissen Sie jetzt? Methoden Methodendeklaration Realisierun von Assoziationen Parameteríuberabe Das vollstíandie Ballbeispiel Prorammzustíande Was wissen Sie jetzt? Kontrollstrukturen Felder Abstrakte Klassen, Schnittstellen Sichtbarkeit Pakete und Sichtbarkeit Zuriæskontrolle Das Konturmodell Einebettete Klassen Fehlerbehandlun Was wissen Sie jetzt? Sequenzen und Sortierun Selektionssortierun Ein Modell fíur das Sortieren Realisierun in JAVA Induktionsbeweis Induktionsbeweis am Beispiel der Selektionssortierun Was wissen Sie jetzt? Abstrakte Datentypen Listen als Verkettete Listen

3 3 4.4 Schlanen Keller Rekursion Sortierun durch Mischen Was wissen Sie jetzt? Aufwandsabschíatzun Aufwandsabschíatzun fíur die Sortierun durch Mischen Schnellsortierun Was wissen Sie jetzt? Performanztest Bíaume, Graphen und Suche Biníare Bíaume Tiefen- und Breitensuche Bíaume mit aneordneten Knoten Was wissen Sie jetzt? Graphen Darstellun von Menen Charakteristische Vektoren Hashin Was wissen Sie jetzt? Ereinisbehandlun und raphische Oberæíachen Textzeilen als Benutzereinabe Komponenten Container Ereinisse Container und Layout Selbst malen AWT und Swin Was wissen Sie jetzt? Nebenlíauæe Prorammierun Threads Synchronisation Deadlocks Schlafen und aufwecken Was wissen Sie jetzt? Netzwerkinteration und verteilte Prorammierun Client í Server Remote Methode Invocation Stíumpfe und Skelette Ein Beispiel fíur einen Server Start des Servers und des Clients

4 4 A Einfíuhrun in die Rechnerbenutzun 146 A.1 Unix A.1.1 Dateiverwaltun A.2 Arbeiten im Netz A.2.1 Elektronische Post A.2.2 World Wide Web A.2.3 News A.3 Emacs A.3.1 Wichtie Befehle und Tastenkombinationen A.3.2 JavaíModus A.3.3 Weitere Hilfe zum Emacs A.4 Java Entwicklunsumebun A.4.1 Der JavaíCompiler A.4.2 Der JavaíInterpreter A.4.3 Das Java Archivwerkzeu A.4.4 Der JavaíDebuer A.4.5 Der Appletviewer A.5 Applets A.6 Weitere Informationen

5 1 Danksaun Bei dem Abenteuer, JAVA an der Universitíat Dortmund fíur die Erstsemestervorlesun einzufíuhren und eine neue Vorlesun mit Skript, Folien, Beispielprorammen zu estalten, haben mich viele Menschen unterstíutzt. Prof. Vornberer und Frank Thiesin von der Universitíat Osnabríuck haben mir Skript, Beispiele und Aufaben ihrer wunderbaren JAVA-Vorlesun Alorithmen zur Verfíuun estellt. An unserem Fachbereich hat mir insbesondere Arnulf Mester Mut emacht und Doris Schmeddin hat sorfíalti im Skript Fehler aufespíurt. Daç bei der kurzen Zeit fíur die Vorlesunsvorbereitun ènennen Sie die niemals ësemesterferien"!è dennoch Fehler im Skript verbleiben, versteht sich von selbst. Am Lehrstuhl 8 haben die wissenschaftlichen Mitarbeiter Ralf Klinkenber und Stefan Haustein manche Stunde mit mir und fíur mich am Rechner verbracht. Sascha Líudecke hat Implementationen, Text zum Listenabschnitt und Humor beiesteuert. Dirk Burkamp hat zur Darstellun der verteilten und nebenlíauæen Prorammierun, aber auch zu Diskussionen íuber Sinn und Zweck der Vorlesun wesentlich beietraen. Stefan Ríupin hat ein Proramm zur íuberfíuhrun von JAVA-Code in Text.tex eschrieben. Er ist auch der Autor des Anhans zur Rechnerbenutzun. Andreas Greve hat die Installation der Proramme vorenommen und das Skript Korrektur elesen. Selbstverstíandlich hat die Informatikrechner Betriebsruppe alles etan, um den íubunsbetrieb in JAVA fíur die Studierenden anenehm zu machen. Gebrauchsanweisun Dieses Skript ibt einie Deænitionen und Beispiele der Vorlesun Prorammierun í JAVA wieder und verweist auf Bíucher, in denen wichtie Inhalte der Vorlesun zu ænden sind. Es ersetzt weder die Vorlesunsstunden noch die Lektíure der aneebenen Literatur. Es soll aber die Vor- und Nachbereitun der Vorlesun und die Vorbereitun auf die Klausur erleichtern. Die Vorlesunsunterlaen bestehen aus: Skript: ibt die wichtisten Deænitionen in einheitlicher Terminoloie wieder; zeit durch den Index, was Studierende wissen míussen, um erfolreich weiterstudieren zu kíonnen. Mitschrift: schreiben Sie selbst; verdeutlicht eiene Schwierikeiten und deren Auæíosun. Literatur: Die aneebenen Bíucher teilen sich in drei Kateorien auf: æ JAVA-Bíucher zum Nachschlaen von Konstrukten der Prorammiersprache mit ihren Prorammbibliotheken; als Einfíuhruns- und Nachschlaewerke zur Prorammiersprache JAVA seien empfohlen: Flanaan, David è1998è: JAVA in a Nutshell, deutsche Ausabe fíur JAVA 1.1, O'Reilly Goslin, James, Joy, Bill, Steele,Guy è1997è: JAVA í Die Sprachspeziækation, deutsche Ausabe, Addison-Wesley

6 2 Bishop, Judy è1998è: JAVA Gently í Prorammin Principles Explained, 2nd edition, Addison-Wesley Campione, Mary, Walrath, Kathyè1998è: The JAVA Tutorial, 2nd edition, Addison-Wesley æ Lehrbíucher der Informatik èprorammierunè; als Informatik-Bíucher zur Prorammierun empfehle ich: Goos, Gerhard è1996è: Vorlesunen íuber Informatik Band 2 í Objektorientiertes Prorammieren und Alorithmen, Spriner Diçmann, Stefan, Doberkat, Ernst-Erich èdemníachstè: Einfíuhrun in die objektorientierte Prorammierun mit JAVA æ vertiefende Literatur; die vertiefende Literatur wird im Skript anefíuhrt an den Stellen, fíur die sie relevant ist. íubunsaufaben und ihre Líosunen : eríanzen die Mitschrift. Erfahrunsemíaç fallen erade diejenien Studierenden durch die Klausur, die nicht die íubunsaufaben emacht haben. Die eienen Erfahrunen, die bei der Líosun von Aufaben esammelt werden, sind durch nichts zu ersetzen! Proramme : als Hilfsmittel fíur die eiene Prorammierun sind einie JAVA-Klassen schon fíur Sie vorbereitet, die Sie dann einfach in Ihren Prorammen wiederverwenden kíonnen. Sie sind im Verzeichnis çvpr000èprovorlesunèpackaesè zu ænden. Weiterhin als Illustration und zum Ausprobieren ibt es zu jedem Abschnitt Beispielproramme. Diese Proramme sind im Verzeichnis çvpr000èprovorlesunèbeispieleè espeichert. Fíur Ihre eienen Proramme leen Sie selbst Verzeichnisse an. èwie, sehen Sie im Anhan.è

7 3 1 Einleitun Grundsíatzlich ist die Informatik jedoch die Wissenschaft der Abstraktion í das richtie Modell fíur ein Problem zu entwerfen und die anemessene mechanisierbare Technik zu ersinnen, um es zu líosen. ëaho und Ullman, 1996ë Bei der Prorammentwicklun ænden wir emeinsam mit einem Anwender bzw. einer Auftraeberin eine Aufabenbeschreibun. Diese abstrahiert bereits von vielen konkreten Voríanen, die das Proramm realisieren soll. Anhand der Aufabenbeschreibun wird ein Modell entwickelt, das die komplexe Aufabe in Teile aufliedert. Je nach Prorammierparadima sind diese Teile æ Klassen und Objekte èobjektorientierte Prorammierunè, æ Funktionen èfunktionale Prorammierunè oder æ loische Beziehunen zwischen Sachverhalten èloische Prorammierunè. Auf der abstrakten Ebene des Modells werden die Teile mit ihren Zustíandikeiten und Kooperationen herausearbeitet ès. Abschnitt 2.2è. Deænition 1.1: Prorammierun im Groçen Die Konzentration auf das Zusammenwirken von Teilen nennt man Prorammierun im Groçen, weil hier von der inneren Gestalt der Teile abstrahiert wird. Betrachtet wird das Auçenverhalten von Teilen. Der enlische Terminus ist prorammin in the lare. Bei der Prorammierun im Groçen werden Arbeitsablíaufe betrachtet, eine Architektur fíur die Software entworfen, die Menen von Aufaben zu Modulen anordnet und die Beziehunen zwischen den Modulen anibt. Die Teile sind also sehr robe Aufabenpakete. Fíur die abstrakten Teile míussen konkrete Umsetzunen efunden werden. Manche Umsetzunen sind inzwischen Standard eworden. So hat man beispielsweise fíur eordnete Menen èz.b. Teilnehmer an einem Wettbewerb, nach ihrer Startnummer eordnetè das Modell der Liste efunden. Das Modell der Liste kann dann durch die Datenstruktur einer verketteten Liste realisiert werden. In dem Modell wird ebenfalls aneeben, was mit der Liste emacht werden soll. In der Teilnehmerliste wollen wir einen Teilnehmer ænden í hat er sich wirklich anemeldet? Das Wesentliche an der verketteten Liste ist also, daç wir darin suchen. Eine eebene Prorammiersprache erlaubt dann eine bestimmte Formulierun der Datenstruktur. Deænition 1.2: Prorammierun im Kleinen Die Ausformulierun von Teilen nennt man Prorammierun im Kleinen, weil auf die Einzelheiten eines Teils eachtet wird. Betrachtet wird die interne Realisierun eines Teils. Der enlische Terminus ist prorammin in the small. Bei der Prorammierun im Kleinen haben wir immer drei Fraen: Was soll realisiert werden èeine Zahl, eine Liste, eine Mene...è? Wie soll es realisiert werden èdurch eine mit 16 Bit darestellte anze Zahl, durch eine verkettete Liste,...è?

8 4 Warum ist die Realisierun verníunfti èweil sie nach nur endlich vielen Schritten bestimmt das Erebnis ausibt; weil sie meist nach nur 16 Sekunden das Erebnis ausibtè? Wenn wir ein Modell und seine Realisierun erstellt haben, íuberleen wir í wiederum abstrakt í, ob wir eine verníunftie Líosun efunden haben. Was kann mit verníunfti emeint sein? Arbeitsablauf: Das Proramm wird in einer bestimmten Arbeitssituation von bestimmten Menschen oder anderen Maschinen enutzt. Wird der Arbeitsablauf durch das Proramm besser und fíur die Menschen anenehmer? Welche Ziele der an dem Arbeitsablauf beteiliten Menschen werden in welchen Anteilen erfíullt, welche nicht? Mit derlei Fraen beschíaftit sich das Fach Informatik und Gesellschaft. Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit: Groçe Proramme míussen ewartet werden. Zum einen, weil die Welt sich íandert, in der die Proramme einesetzt werden und die sie in Teilen abbilden. Zum anderen, weil man immer einen Fehler macht, etwas íubersieht, wenn man ein Proramm entwickelt. Deshalb ist die Wartun von Software ein wichties Thema der Softwaretechnoloie. Bei wissensbasierten Systemen der Kíunstlichen Intellienz ist die Wartun und Revidierbarkeit ein Forschunsschwerpunkt. Wiederverwendbarkeit bezeichnet die Míolichkeit, nicht immer wieder von vorn anfanen zu míussen, sondern Teile veralteter Proramme in den neuen Prorammen verwenden zu kíonnen. Voraussetzun dafíur ist, daç míolichst unabhíanie Prorammteile èmoduleè nur durch wohldeænierte Schnittstellen mit anderen Prorammteilen verbunden sind, daç Annahmen, die bei der Prorammierun emacht wurden, auch dokumentiert sind, daç man sich beim Prorammieren um Allemeinheit bemíuht, statt sehr spezielle Líosunen zu prorammieren. Eæektivitíat: Sind alle Fíalle, die vorkommen kíonnen, abedeckt? Dies ist die Frae nach der Vollstíandikeit. Berechnen wir immer das richtie Erebnis? Dies ist die Frae nach der Korrektheit. Das Spezialebiet der Informatik, das sich mit diesen Fraen befaçt ist die Prorammveriækation. Eæzienz: Innerhalb der Komplexitíatstheorie wird die Schwierikeit von Problemen untersucht. Dabei schíatzen wir unter anderem den Aufwand ab, der im schlimmsten Fall von dem Proramm zu erbrinen ist: wie lane wird der Rechner uns im schlimmsten Falle auf ein Erebnis warten lassen? Zusíatzlich zur analytischen Aufwandsabschíatzun kommt in der praktischen Informatik die empirische íuberpríufun durch systematische Experimente. Wie lan braucht das Proramm unter bestimmten, systematisch variierten Umstíanden, bis es ein Erebnis liefert? Im Berufsleben einer Informatikerin oder eines Informatikers spielen Modellierun und Entwicklun nach wie vor eine erhebliche Rolle. Dabei wird meist bereits vorhandene Software enutzt. Es macht die Qualitíat einer Informatikerin bzw. eines Informatikers aus, 1. Anwendern so ut zuzuhíoren, daç eine umfassende Aufabenbeschreibun emeinsam erarbeitet werden kann; 2. íubersichtliche Modelle fíur komplexe Aufaben zu erstellen;

9 5 3. Standardumsetzunen zu kennen und bei der Konkretisierun von Modellen einsetzen zu kíonnen; 4. sich anhand der Standardumsetzunen rasch in einer èauch: neuen, noch unbekanntenè Prorammiersprache wiederzuænden und von der Sprache in Prorammbibliotheken bereitestellte Umsetzunen zu nutzen; 5. die eiene Prorammentwicklun klar zu dokumentieren und nach Eæektivitíat und Eæzienz zu bewerten. In dieser Vorlesun werden die Punkte 2 bis 4 am Beispiel der objektorientierten Prorammiersprache JAVA einefíuhrt. Der dritte Punkt verlant viel Eienarbeit anhand von íubunsaufaben von Ihnen. Der erste Punkt wird hier noch durch Beispiele ersetzt und der letzte Punkt nur einfíuhrend anesprochen. 2 Einfíuhrun in objektorientiertes Modellieren Objektorientiertes Modellieren ist nicht nur im Rahmen des Entwurfs eines Proramms, das auf einer Rechenanlae ablíauft, anwendbar. Ein objektorientiertes Modell kann Arbeitszusammenhíane, Oranisationen oder die Konstruktion technischer Geríate beschreiben. Dann wird das Modell in Form von Diarammen darestellt, die von Menschen interpretiert werden. Setzen wir den objektorientierten Entwurf um in ein èobjektorientiertesè Proramm, so wird dieses Proramm von der Prorammiersprache interpretiert èausefíuhrtè. 2.1 Grundberiæe Wir fassen eine Aufabe oder ein System als eine Mene miteinander kooperierender Einheiten èteilsystemeè auf. Diese Einheiten oder Teile sind Objekte des Weltausschnitts, den wir modellieren. Ein Objekt ist ein Din mit einer Tíatikeit: der Fuçball, der rollt, meine Lampe, die leuchtet. Dabei ist ein Objekt immer ein anz bestimmtes Din èoder Wesen oder Abstraktumè, also der blaue Ball von Uta, meine Schreibtischlampe. In der Philosophie spricht man von Einzeldinen. Zum Beispiel sind historische Ereinisse, materielle Objekte, Menschen und deren Schatten nach meinem wie nach den íanisten Arten philosophischen Sprachebrauchs síamtlich Einzeldine; Eienschaften, Zahlen und Gattunen daeen nicht... ëstrawson, 1959ë Objekte sind voneinander verschieden, auch wenn ihre Beschreibun es nicht deutlich macht. Selbst wenn eine Firma zwei Anestellte mit demselben Namen und demselben Geburtsdatum in derselben Abteilun hat, muç sie beiden ein Gehalt bezahlen! Zahlen sind deshalb keine Einzeldine, weil sie stets mit sich selbst leich sind: es ibt nur eine 1, eal wo, wofíur und wie oft wir sie verwenden. Objekte haben Eienschaften, die wir aneben kíonnen: Utas Ball ist blau, meine Schreibtischlampe ist weiç. Wir unterscheiden, daç ein Objekt eine Eienschaft hat í z.b. eine Farbe í davon, welche Auspríaun der Eienschaft es hat í z.b. blau. Objekte kíonnen etwas tun oder auf Tíatikeiten reaieren: Utas Ball rollt, wenn sie ihn tritt, meine Lampe beleuchtet den Schreibtisch, wenn ich sie einschalte. Wir betrachten den Tritt

10 6 een den Ball als eine Botschaft an den Ball. Es wird ihm miteteilt, mit welcher Kraft, an welcher Stelle er etreten wird. Der Ball hat eine Methode, wie er auf eine Botschaft reaiert: er rollt in eine bestimmte Richtun eine bestimmte Strecke. Objekte sind Exemplare èbeispiele, Instanzenè einer Klasse. Utas blauer Ball ist ein Ball, meine Schreibtischlampe ist eine Lampe. Alle Objekte einer Klasse haben die Eienschaften und Methoden dieser Klasse. Daç ein Ball eine Farbe hat wird durch die Klasse festelet. Bei einien Eienschaften wird obendrein die Auspríaun einer Eienschaft durch die Klasse aneeben. So habe ich die runde Form bei Utas Ball nicht aneben míussen, weil diese Auspríaun der Form fíur alle Objekte der Klasse ilt. Auch die Methode der Beweun aufrund eines Tritts muç nicht bei Utas Ball aneeben werden. Sie kann als Methode bei der Klasse beschrieben werden, so daç sie fíur alle Bíalle ilt. Die Farbe ist allerdins eine Eienschaft, in deren Auspríaun sich verschiedene Bíalle unterscheiden. Die Auspríaun wird deshalb bei dem Objekt aneeben. Ein Objekt einer Klasse erhíalt die Eienschaften und Methoden der Klasse 1.Wenn ein neues Objekt einer Klasse erzeut wird èinstanziierunè, dann bekommt es alle Eienschaften und eventuell einie Auspríauen der Eienschaften. Eine Klasse ibt ihre Eienschaften und Methoden an ihre Objekte weiter. Deænition 2.1: Klasse Eine Klasse beschreibt die Eienschaften und das Verhalten einer Mene leichartier Objekte. Die Klasse let fest, daç die Objekte bestimmte Eienschaften und Methoden haben. Sie kann fíur einie Eienschaften auch die Auspríaun festleen. Dann haben alle Objekte der Klasse diese Auspríaunen von Eienschaften. Deænition 2.2: Objekt Ein Objekt ist ein Einzeldin. Es erhíalt die Eienschaften èf. auch mit Auspríaunè und Methoden seiner Klasse und kann daríuberhinaus Auspríaunen fíur Eienschaften haben, von denen die Klasse nur anibt, daç sie bei allen Objekten in irendeiner Auspríaun vorhanden sind. Es ibt Ober- und Unterklassen. So ist ein Mensch ein Síauetier und ein Síauetier ein Lebewesen. Die Oberklasse vererbt ihre Eienschaften und Methoden an ihre Unterklassen. Wir erhalten eine Hierarchie. Ein Mann ist ein Mensch und hat damit auch alle Eienschaften und Methoden von Síauetieren, die ja bereits alle Eienschaften und Methoden von Lebewesen eerbt haben. Somit hat auch der Mann alle Eienschaften und Methoden von Lebewesen ès. Abbildun 1è. Deænition 2.3: Vererbun Der Beriæ der Vererbun èinheritanceè kann verschiedene Beziehunen zwischen Klassen ausdríucken, darunter ëgoos, 1996ë: A ist ein B: Die Unterklasse A íubernimmt alle Eienschaften und Methoden der Klasse B ohne Einschríankun. Auspríaunen der Eienschaften kíonnen fíur A aneeben sein, die bei B nicht festelet waren. Der Katalo der Eienschaften kann bei A ríoçer sein als bei B. 1 Wenn ichvon ëeienschaften" spreche, ohne ihr Vorhandensein von ihrer Auspríaun zu unterscheiden, meine ich das Vorhandensein der Eienschaft und eebenenfalls die Auspríaun.

11 7 Lebewesen Säuetier Mensch Mann Frau Studierende Studentin Abbildun 1: Vererbunshierarchie A ist eine Spezialisierun von B: Ein leichseities Dreieck èaè ist eine Spezialisierun eines Dreiecks èbè, fíur das man keine drei unterschiedlichen Seitenlíanen aneben kann. Hier íandert sich der Katalo der Eienschaften von B insofern als die míolichen Auspríaunen der Eienschaften in A eineschríankt sind, so daç einie Eienschaften entfallen. A implementiert B: A realisiert die Konzepte von B. CD-Spieler realisieren diitale Abspieleríate. A verwendet von B: Averwendet den Code von B. Deænition 2.4: Mehrfachvererbun Erbt eine Klasse von mehreren Klassen, so spricht man von Mehrfachvererbun. Eine Studentin ist eine Frau und eine Studierende. ès. ëgoos, 1996ë, S. 148; s. Abbildun 1è. Mit der Vererbunshierarchie und der Instanziierunsbeziehun zwischen einem Objekt und der Klasse, der es anehíort, kommen wir nicht aus. So sollen beispielsweise Uta èin der Hierarchie Mensch, Síauetier, Lebewesenè und ihr blauer Ball èin der Hierarchie Ball, Kuel, unbelebtes, physikalisches Objektè in Verbindun ebracht werden. Die Kooperation von Objekten beschreiben wir durch Assoziationen. Uta besitzt ihren blauen Ball. Uta tritt ihren Ball. Es wird bei Uta aneeben, daç sie einen blauen Ball besitzt. Uta ist dafíur zustíandi, wie sie ihren Ball tritt. Wenn auch bei dem Ball vermerkt werden soll, wem er ehíort, so míussen wir eine weitere Assoziation einfíuhren, die von dem Ball zu seiner Besitzerin fíuhrt. Der Ball ist dafíur zustíandi, wie er auf einen Tritt reaiert. In der Sprechweise der objektorientierten Methode: der Ball empfíant eine Botschaft von Uta und behandelt sie mit seiner Methode.

12 8 Vorstand Firma Abteilunsleiterin Abteilun Mitarbeiter (Team) Abbildun 2: Areation und Komposition Wir unterscheiden zwei Arten von Assoziationen, die eine Beziehun zwischen einem Ganzen und seinen Teilen ausdríucken: Areation und Komposition. Die Areation wird als besteht aus elesen und mit einem leeren Rombus am Ende der Linie ezeichnet. So besteht meine Lampe aus dem Schirm, der Fassun, der Glíuhbirne, dem Kabel. Natíurlich kíonnen wir alles in seine Bestandteile zerleen. Es níutzt aber fíur meinen Uman mit der Lampe weni, auch noch die Bestandteile der Fassun, der Birne, des Kabels zu modellieren. Ist die Lampe allerdins kaputt, so ist ein anderer als der normale Uman erforderlich und eine feinere Modellierun wichti. Der Zweck der Modellierun bestimmt also die Feinheit ègranularitíatè und damit, was als Objekt noch beschrieben und was schlicht inoriert werden soll. Als Faustreel ilt: Alles, was Botschaften empfanen und mit einem anderen Objekt assoziiert werden soll, wird als Objekt aufefaçt. Die typische Verwendun der Areation bezieht sich auf Oranisationsstrukturen. Eine Firma besteht aus einem Vorstand und Abteilunen. Eine Abteilun besteht aus einem Abteilunsleiter oder einer Abteilunsleiterin und MitarbeiterInnen. Abteilunsleiter empfanen Berichte und Anreunen von ihren MitarbeiterInnen. Es muç nicht beschrieben werden, woraus Abteilunsleiter bestehen. Einie Beziehunen zwischen einem Ganzen und seinen Teilen sind derestalt, daç das Wefallen des Ganzen zur Auæíosun der Teile fíuhrt. Eine solche Assoziation wird Komposition enannt. Man kann eine Abteilun auæíosen und hat damit immer noch die MitarbeiterInnen. Sie sind nun eben direkt der Firma zueordnet. Es handelt sich also um eine normale Areation. Wenn aber die Firma aufhíort zu existieren, dann fallen auch der Vorstand und die Abteilunen fort. ènatíurlich ibt es die Menschen noch, aber nicht mehr in ihrer Rolle z.b. als Vorstandsmitlied.è Diese Assoziation ist eine Komposition. Die Komposition wird mit einem schwarz ausefíullten Rombus ezeichnet. Ein Beispiel zeit Abbildun 2. Assoziationen kíonnen n Objekte mit m anderen Objekten in Verbindun brinen. So besucht eine Studentin mehrere Vorlesunen. Eine Professorin liest eine Vorlesun fíur mehrere Studierende. Híatten wir keine erichtete Assoziation, sondern eine Relation zwischen n ProfessorInnen und m Studierenden, so wíare es eine n : m-relation èwie in Abbildun 3è. Wenn wir aber eine erichtete Assoziation haben, so eben wir nur entweder die Assoziation zwischen einer Studentin und den von ihr ehíorten Vorlesunen an oder die Assoziation zwischen einem Professor und den von ihm ehaltenen Vorlesunen ès. Abbildun 4è.

13 9 Vorlesun Student 1 Professor 1.. Professor n Student 2 Student 3.. Student m Abbildun 3: n zu m Relation hört Vorlesun 1 Student 1 Vorlesun 2 Vorlesun m Abbildun 4: 1 zu m Assoziation Deænition 2.5: Assoziation Eine Assoziation ist eine Verbindun von einer Klasse bzw. einem Objekt zu einer anderen Klasse bzw. einem anderen Objekt. Insbesondere kann eine Assoziation von n Objekten einer Klasse auf m Objekte einer anderen Klasse erichtet sein. Nun wissen wir was wir neben der Vererbunsbeziehun noch brauchen und es stellt sich die Frae, wie wir es darstellen wollen. Wir kíonnen Assoziationen als Eienschaften und Methoden darstellen. æ Wenn enau ein Objekt èz.b. meine Lampeè mit enau einem anderen Objekt èz.b. dem Lichtschalter in meinem Arbeitszimmerè assoziiert wird, so wird dies andere Objekt zur Eienschaft des ersten Objektes èz.b. wird der Lichtschalter eine Eienschaft der Lampeè. Student hört Pro. Vorlesun Abbildun 5: Qualiæzierte Assoziation

14 10 æ Wenn enau ein Objekt èz.b. eine Studentinè mit mehreren anderen Objekten èz.b. Vorlesunenè assoziiert ist, kíonnen diese vielleicht qualiæziert werden èz.b. Vorlesunen zur Mathematik, zur Prorammierunè, so daç die Assoziation zusammen mit der Qualiækation eindeuti wird èz.b. wird Vorlesun zur Prorammierun eine Eienschaft der Studentinè. Dies illustriert Abbildun 5. æ Wenn aber notwendierweise eine Assoziation auf mehrere andere Objekte einer Klasse erichtet ist, so míussen wir ein Objekt einfíuhren, das eine Kollektion darstellt. So kíonnen wir als Eienschaft bei jedem Mitarbeiter anfíuhren, wer fíur ihn zustíandi ist. Es macht aber keinen Sinn, die Assoziation von der Abteilunsleiterin zu allen Mitarbeitern zu qualiæzieren. Wir míuçten dann im Voraus wissen, wieviele Mitarbeiter eine Abteilunsleiterin hat, um Eienschaften der Art mitarbeiter1 anzueben. Stattdessen fíuhren wir fíur jede Abteilun ein kollektives Objekt ein, das die Mene der Mitarbeiter darstellt. Jeder einzelne Mitarbeiter bleibt ein Objekt, das mit dem kollektiven Objekt, dem Team, verbunden ist. Eine Abteilunsleiterin kann dann entweder ezielt von einem bestimmten Mitarbeiter oder von dem Team Botschaften empfanen. So wird ein Verbesserunsvorschla beispielsweise von einem bestimmten Mitarbeiter emacht. Zum Geburtsta schenkt das Team etwas. Das Team ist ein Objekt einer Behíalterklasse. Deænition 2.6: Assoziation, Darstellun Assoziationen werden als Eienschaft bei der Klasse bzw. den Objekten aneeben. Bei 1 : m-assoziationen mit mé1 wird entweder eine Qualiækation vorenommen, oder es wird ein zusammenesetztes Objekt bzw. eine Klasse von zusammenesetzten Objekten einefíuhrt. Eine solche Klasse, die eine Mene von Objekten ansammeln und verwalten kann, heiçt auch Behíalterklasse. Deænition 2.7: Behíalterklasse Eine Behíalterklasse besteht aus Objekten, die Menen èund nicht Elemente von Menenè sind. Bisher waren bei Klassen nur Eienschaften aneeben, die fíur jedes Objekt der Klasse elten. Wenn bei der Klasse der Bíalle aneeben ist, daç sie kuelfíormi sind, so hat auch jedes Objekt der Klasse die Kuelform. Dies ist das rundsíatzliche Prinzip. Wenn wir aber die Anzahl von Objekten einer Klasse zíahlen wollen, so ist diese Anzahl eine Eienschaft der Klasse. Wir kíonnten natíurlich zusíatzlich zu der einer normalen Klasse K eine Behíalterklasse AlleK einfíuhren, deren einzies Objekt alle Objekte von K enthíalt. Einfacher ist die Einfíuhrun von Klasseneienschaften. Eine Klasseneienschaft ist eine Eienschaft der Klasse. Sie ilt fíur die Mene ihrer Objekte, nicht fíur jedes einzelne Objekt der Klasse. Alle Objekte der Klasse kíonnen sich die Klasseneienschaft ansehen und veríandern. Beispiel 2.1: Klasseneienschaft Ein Flubuchunssystem hat eine Klasse Buchun, in der der Kunde, sein Abæuort, sein Zielæuort und die Route dahin, die Flulinie etc. zusammenefíuhrt werden. Die Buchunsstelle míochte wissen, wieviele Buchunen sie vorenommen hat. Dafíur soll nicht eiens die Behíalterklasse AlleBuchunen einefíuhrt werden, denn wir wollen ja nur die Anzahl der Objekte der Klasse Buchun wissen. Also wird stattdessen die Klasseneienschaft buchunsanzahl in Buchun einefíuhrt.

15 11 Wird eine Buchun durchefíuhrt, also ein neues Objekt der Klasse Buchun erzeut èinstanziierunè, dann frat das neue Objekt den aktuellen Wert ab und erhíoht ihn um Modellierun Bei der objektorientierten Modellierun íuberleen wir zuerst, was die Objekte sein sollen. Wie enau míussen wir modellieren? Wie werden die Objekte klassiæziert? Wer ist wofíur zustíandi? Wer kooperiert mit wem? Diaramme fíur diesen Entwurfsschritt sind Klassenkarten bzw. Klasse-Zustíandikeit-Kooperation-Karten. Es ist ein rober Entwurf, der im weiteren verfeinert wird. Welche Merkmale besitzt eine Klasse? Welche Botschaften kíonnen ihre Objekte behandeln? Welche Beziehunen bestehen zwischen Objekten einer Klasse? Diaramme fíur diesen Entwurfsschritt heiçen Klassendiaramme oder Objektmodelle. Welche Botschaften werden versendet und behandelt? Wer kooperiert mit wem? Im Kollaborationsdiaramm bzw. funktionalen Modell werden die Kooperationen mit ihren Botschaften notiert. Wie veríandern Botschaften den Zustand von Objekten? Dies wird im Zustandsdiaramm bzw. dem dynamischen Modell aufeschrieben. Hier werden die einzelnen Entwurfsschritte anhand des Beispiels von ëgoos, 1996ë ès. 151æè in der Uniæed Modelin Lanuae von Grady Booch, James Rumbauh und Ivar Jacobson ëoestereich, 1997ë illustriert. Das Beispiel handelt von einem Studenten, der bei einem Rechnerhíandler per Brief einen Rechner bestellt. Dieser wird ihm von der Post als Paket zuestellt. Die Klassenkarte stellt die beteiliten Klassen èhier: Studenten, Rechnerhíandler und Zustellerè mit ihren Zustíandikeiten und Kooperationen dar ès. Abbildun 6è. Das Diaramm von Abbildun 6 ist eientlich nicht zutreæend: bezíulich des Rechnerkaufs ist der Student einfach ein Kunde. Es eht uns nicht darum, ein bestimmtes Individuum zu modellieren, sondern eine Rolle, die es in einem Zusammenhan spielt. Daher nennen wir die Klasse mit den Zustíandikeiten bestellen, Paket annehmen besser Kunde. Daç der Brief und das Paket selbst fehlen, ist beríundet: sie haben weder Zustíandikeiten, noch kooperieren sie mit einem der Beteiliten. Nachdem wir nun wissen, welche Klassen es ibt, míussen wir ihre Botschaften, Handlunen und Merkmale íuberleen. Wir notieren dies im Klassendiaramm, Abbildun 7. Die Abbildun zeit, wer an wen Botschaften schickt und welche Eienschaften er haben soll und welche Methoden er beherrscht. In der Klassenkarte hatten wir nur den Kunden èstudentenè, den Rechnerhíandler und den Zusteller. Alle diese míussen mit Adressen umehen. Damit wir nicht bei jeder Klasse Methoden zum Verarbeiten von Adressen aneben míussen, leen wir die neue Klasse Anschrift fest, die Zeichenfolen èstrinè als Absender und Empfíaner interpretieren kann. Und weil wir sie nun schon als eiene Klasse haben, verallemeinern wir sie so, daç auch die Beschriftun des Pakets und des Bestellbriefes die èhier nicht aufefíuhrtenè Methoden des Príufens einer Adresse und eines Namens nutzen kann. Wir sehen also, daç Klassen eientlich durch Methoden einefíuhrt werden: alles, was eine bestimmte Tíatikeit ausfíuhren kann, ist eine Klasse. Dies entspricht dem Klassenberiæ und ist obendrein praktisch: æ Verwendun einer Modellierun eines Vorans an vielen Stellen statt mehrfacher Modellierun desselben èstichwort: Wiederverwendun von Prorammteilenè;

16 12 Student Rechnerhändler bestellen Rechnerhändler Zusteller Bestellun annehmen Paket absenden Student Zusteller Paket annehmen Zusteller Paket annehmen Paket abeben Rechnerhändler Student Abbildun 6: Klassenkarte æ bei Veríanderun des Vorans braucht die Modellierun èdas Prorammè nur an einer Stelle eíandert zu werden und wirkt sich doch auf viele Stellen einheitlich aus. Denken Sie daran, wieviele Klassen bei der Einfíuhrun der neuen Postleitzahlen híatten eíandert werden míussen, wenn wir nicht die Klasse Anschrift einefíuhrt híatten! Die Verbindunen zwischen den Klassen sind als Assoziationen aneeben, allerdins noch nicht níaher beschrieben. Wir íuberleen, was die Pfeile des Klassendiaramms eientlich enau bedeuten sollen. Insbesondere beachten wir, welche unterschiedlichen Benutzer spíater mit der Software arbeiten werden und wie sich das auf die Modellierun auswirkt. Dies fíuhrt uns zum níachsten Diaramm. Das Kollaborationsdiaramm beschriftet die Kanten des Klassendiaramms. Es beschreibt enauer, was zwischen den Objekten kooperierender Klassen èkunde, Zusteller, Rechnerhíandlerè ausetauscht werden kann èabbildun 8è. Wir haben bisher nur betrachtet, was ausetauscht und behandelt wird. Nun wollen wir die Kollaborationen als Ereinisse betrachten, die den Zustand der Welt veríandern. Fíur jede Klasse zeichnen wir einen endlichen Automaten. Ein endlicher Automat hat eine Mene von Zustíanden, darunter einen ausezeichneten Anfanszustand sowie Endzustíande, eine Mene von Kanten, die Zustandsíuberíane bezeichnen. Die Kanten sind also erichtet, sie fíuhren von einem Zustand in einen anderen. Handlunen sind typische Beispiele fíur Zustandsíuberíane. Wenn in einem Zustand eine bestimmte Handlun ausefíuhrt wird oder eine bestimmte Einabe empfanen wird, dann elant man in den Folezustand. Dies muç nicht so einfach hintereinander eschehen wie es das Zustandsdiaramm zu unserem Beispiel zeit èabbildun 9è. Eine Handlun oder Einabe kann auch von einem Zustand in denselben íuberfíuhren. Vom selben Zustand aus kíonnen durch unterschiedliche Handlunen èoder Einabenè unterschiedliche Folezustíande erreicht werden.

17 13 Anschrift Name : STRING Adresse : STRING Empfäner Absender Paket Anschrift Besteller Bestellun Kunde annehmen(paket) Rechnerhändler annehmen(bestellun) Zusteller Name : STRING annehmen(paket) Abbildun 7: Klassendiaramm Kunde abeben(paket) Zusteller bestellen(bestellun) Rechnerhändler versenden(anschrift,paket) Abbildun 8: Kollaborationsdiaramm

18 14 Kunde Rechnerhändler Zusteller nichts bestellt bestellen keine Bestellun Bestellun annehmen kein Auftra Paket annehmen Bestellun aufeeben Bestellun anenommen Paket anenommen Paket Paket Paket annehmen absenden abeben Rechner erhalten Bestellun erledit Paket auseliefert Abbildun 9: Zustandsdiaramm

19 15 Kunde Rechnerhändler Zusteller bestellen Paket absenden Paket abeben Abbildun 10: Sequenzdiaramm Mit dem Zustandsdiaramm ist noch nichts íuber die zeitliche Abfole von Handlunen zwischen Klassen ausesat, sondern nur fíur jede einzelne Klasse eine Abfole aneeben. Das Sequenzdiaramm zeit die Abfole von Handlunen im Zusammenhan fíur alle beteiliten Klassen ès. Abbildun 10è. Dabei sehen wir, daç der Kunde den Rechnerhíandler aktiviert, der wiederum den Zusteller aktiviert. Der Kunde wartet einfach bis das Paket ankommt. Man nennt dies Aufruf mit Warten auf Erlediun. Erkundit er sich, wo der Rechner denn bleibt, so nennt man dies Aufruf mit spíaterer Anfrae. Auçerdem ibt es den Aufruf mit aktiver Ríueckmeldun. Beispielsweise kann der Kunde dem Zusteller den Empfan bescheinien. Die Ríuckmeldun muç also nicht an denselben ehen, dem der Auftra erteilt wurde. In der Abbildun 10 werden die Auftríae mit ausefíullten Pfeilspitzen, die Ríuckmeldunen mit einfachen Pfeilspitzen ekennzeichnet. Der Kunde meldet an den Zusteller zuríuck, der wiederum an den Rechnerhíandler zuríuckmeldet. 2.3 Was wissen Sie jetzt? Sie sollten jetzt wissen, was eine Klasse und was ein Objekt ist. Sie sollten die Vererbunshierarchie als vertikale Beziehun und Assoziationen als horizontale Beziehun kennen.

20 16 Wie diese Beriæe einesetzt werden, um einen Sachbereich zu modellieren, haben Sie anhand von Modellen, die unterschiedliche Aspekte betonen, sowie deren raæscher Darstellun esehen. Gehen Sie alle Deænitionen noch einmal durch. Besprechen Sie Behíalterklassen und Klasseneienschaften mit Ihren KommilitonInnen. Nehmen Sie sich irendeinen Ausschnitt Ihres Alltas und versuchen Sie, ihn objektorientiert zu modellieren. Zeichnen Sie mindestens eine Klassenkarte und ein Klassendiaramm dazu! 3 Einfíuhrun in JAVA - erste Schritte JAVA ist eine Prorammiersprache mit den folenden Eienschaften: objektorientiert, das bedeutet hier 2 : æ beim Prorammieren werden insbesondere Daten und diese Daten veríandernde Methoden beachtet; æ auçer primitiven Datentyen sind alle Dine in JAVA Klassen und Objekte; æ eine Klasse ist die kleinste ablauæíahie Einheit in JAVA; æ alle JAVA-Proramme sind Klassen. plattformunabhíani, das bedeutet, die Sprache kann auf allen Rechnern und Betriebssystemen ausefíuhrt werden, weil sie in eine virtuelle Maschine íubersetzt, fíur die die Plattformen eine Schnittstelle bereitstellen; klares Typ-Konzept, s. z.b. Abschnitt 3.2; verteilt, das bedeutet hier die interierte Netzwerkunterstíutzun und das Laden und Ausfíuhren von Prorammen íuber das Internet ès. Abschnitt 9è; nebenlíauæ, das heiçt leichzeitie Bearbeitun mehrerer Aufaben, wobei Prioritíaten esetzt werden kíonnen ès. Abschnitt 8è. Plattformunabíanikeit und verteiltes Arbeiten kíonnen durch das Schaubild 11 illustriert werden. Ein bestimmter Rechner mit einer Benutzerschnittstelle erlaubt es Ihnen, einen Editor aufzurufen, in dem Sie ein JAVA-Proramm schreiben 3. Sie rufen nun den JAVA-íUbersetzer auf mit dem Namen Ihres Proramms und der íubersetzer zeit Ihnen an, wo Sie die Syntax von JAVA nicht befolt haben ès. Abschnitt 3.1è. javac Prorammbezeichner.java Sie íandern Ihr Proramm und dann rufen Sie den íubersetzer wieder auf. Dies eht solane, bis das Proramm syntaktisch korrekt ist. Dann wird es in den Bytecode von JA- VAs virtueller Maschine èund eben nicht in den Maschinencode Ihres Rechnersè íubersetzt. Dieser Code kann auch von Ihrem Rechner verstanden werden. Sie rufen Ihr Proramm auf mit 2 Der Gedanke der Objektorientierun wurde in den 70er Jahren am Xerox Palo Alto Research Center entwickelt. Adele Goldber entwickelte mit einien Kolleen die Prorammiersprache Smalltalk, die dieser Form der Prorammierun Popularitíat verschaæte. Heute arbeitet sie an Werkzeuen, die Teamarbeit unterstíutzen. Sie wurde von der Universitíat Dortmund mit der Ehrendoktorwíurde eehrt. 3 Genauere Hinweise zum íubersetzen und Aufrufen von Prorammen oder Applets ænden Sie im Anhan.

21 17 Maschine X Benutzerschnittstelle für X JAVA virtuelle Maschine für X JAVA Applet JAVA Proramm Maschine Y Benutzerschnittstelle für Y JAVA virtuelle Maschine für Y Abbildun 11: Architektur java Prorammbezeichner und erhalten ein Erebnis. Dies kann noch von dem abweichen, was Sie eientlich mit dem Proramm wollten. Man spricht dann von loischen Fehlern. So sieht der Prozeç aus, wenn Sie das Betriebssystem bzw. eine Fensterumebun fíur das íubersetzen und Ausfíuhren von JAVA-Prorammen verwenden. Sie kíonnen aber auch Anwendunen, die andere prorammiert haben, bei sich ablaufen lassen. Diese kleinen Anwendunen, enannt applets, bleiben als Proramm èquellcodeè auf dem Rechner, auf dem sie bereitestellt werden. Ein applet wird nicht auf den eienen Rechner kopiert, sondern nur der Bytecode fíur JAVAs virtuelle Maschine wird von dem Entwicklunsrechner zu Ihrem Rechner eschickt. Der Bytecode verbleibt dort. Als Benutzerschnittstelle verwenden Sie dann Ihren Browser 4. Einie níutzliche Informationen kann man im World Wide Web èwwwè unter oder ænden. Auch die anefíuhrten JAVA-Bíucher sind im WWW príasent. Literatur ændet man íuber den aneeben Bereich java.sun.comèbooks oder auch bei den Verlaen. Die meisten Dokumente brauchen Sie nicht aus den USA zu holen. Wir haben z.b. die Sprachdokumentation lokal im WWW abelet unter file:èappèunido-infèsun4 55èjdkè1.2b4èdocsèindex.html 4 Ein Browser ist ein Proramm, das Dokumente im Format html anzeien und Klicks auf markierte Zeichenketten auswerten kann. Ist die markierte Zeichenkette eine Verbindun zu einem anderen Dokument èeiner anderen Seiteè, so wird der Klick als Sprunbefehl zu dieser Seite behandelt.

22 Syntax fíur Klassen Jede Sprache hat eine Syntax. Sie ibt an, in welcher Reihenfole was fíur Zeichenfolen vorkommen díurfen. Dabei wird zweistuæ voreanen: Lexikalische Ebene: Zuníachst wird deæniert, wie aus einzelnen Zeichen Wíorter zusammenesetzt werden díurfen. Syntaktische Ebene: Dann wird deæniert, wie aus den Wíortern Síatze zusammenesetzt werden díurfen. Die Syntax wird beschrieben durch eine Grammatik. Die Grammatik kann fíur die Analyse oder Generierun von Zeichenfolen èwíortern oder Síatzenè verwendet werden. Bei der Analyse werden eebene Zeichenfolen, bestehend aus terminalen Symbolen, auf ihre Wohleformtheit bezíulich der Grammatik hin untersucht. Bei der Generierun werden Folen von terminalen Symbolen erzeut. Auf lexikalischer Ebene sind die terminalen Symbole die Zeichen, auf syntaktischer Ebene sind es die Wíorter. Deænition 3.1: Grammatik æ einem Startsymbol S, Eine Grammatik besteht aus æ einem Alphabet A, das aus einer Mene von terminalen Symbolen T und einer Mene von nicht-terminalen Symbolen N besteht, æ einer Mene von Produktionen. Eine Produktion besteht aus einer linken und einer rechten Seite. Bei kontextfreien Grammatiken steht auf der linken Seite nur ein nicht-terminales Symbol. Auf der rechten Seite stehen mehrere Symbole aus A 5. Bei der Generierun wird das Symbol auf der linken Seite durch die Fole von Symbolen auf der rechten Seite ersetzt. Beinnend mit dem Startsymbol werden nun die Produktionen anewandt und die nicht-terminalen Symbole durch andere Symbole ersetzt. Terminale Symbole werden natíurlich nicht ersetzt. Ein einfaches Beispiel: S : Kopf Rumpf Kopf : Uta Rumpf : spielt Ball Rumpf : tritt den Ball Hier sind S; Kopf; Rumpf nicht-terminale Symbole, Uta, spielt, tritt, Ball und den sind terminale Symbole. Wir enerieren mit der Grammatik: S wird zu Kopf Rumpf, Kopf Rumpf wird zu Uta Rumpf, Uta Rumpf wird zu Uta spielt Ball oder zu Uta tritt den Ball. 5 Bei kontextsensitiven Grammatiken wird wenier als bei kontextfreien Grammatiken efordert. Die linke Seite muç nur kíurzer sein als die rechte. Damit kann man mehr und komplexere Sprachen beschreiben. Bei reulíaren Grammatiken wird mehr als bei kontextfreien Grammatiken efordert. Die linke Seite ist ein nicht-terminales Symbol und die rechte Seite beinnt mit enau einem nicht-terminalen Symbol, dem terminale Symbole folen díurfen. Damit kann man wenier und einfachere Sprachen beschreiben.

23 19 Mit der Grammatik kann man also zwei Síatze enerieren: Uta spielt Ball und Uta tritt den Ball. Bei der Analyse príufen wir, ob ein Satz wohleformt ist. Haben wir den Satz Uta tritt den Ball, ersetzen wir Symbole der rechten Seite einer Produktion durch ihre linke Seite. Kopf tritt den Ball Kopf Rumpf S Nur, wenn wir durch umekehrte Ersetzunen zu S elanen kíonnen, ist der Satz wohleformt. Diese Príufun nimmt der íubersetzer vor. Der Satz Uta spielt mit dem Ball ist bei der eebenen Grammatik nicht wohleformt, weil spielt mit dem Ball auf keiner rechten Seite einer Produktion vorkommt und deshalb Kopf spielt mit dem Ball nicht zu Kopf Rumpf werden kann, was zu S fíuhren wíurde. Oft wird abkíurzend fíur die Produktionen S : ABC S : B C S : DE F einfach eschrieben: S : A opt B C D E F Hiermit erhíalt der Zeilenumbruch eine Bedeutun, níamlich die der alternativen Ersetzun. Wenn nun aber die rechte Seite zu lan wird, so daç ein Zeilenumbruch ohne diese Bedeutun erfolen soll, so wird rechtsbíundi eineríuckt. Da JAVA vor allem Klassen behandelt, soll hier ein Ausschnitt der Grammatik fíur Klassen aneeben werden ètabelle 1è. Das wichtie an einer Prorammiersprache ist nicht die Anordnun von Schlíusselwíortern und nicht-terminalen Symbolen, sondern was sie bedeuten. Die Syntax einer Prorammiersprache ist erade so estaltet, daç alle Folen von terminalen Symbolen, die einem nicht-terminalen Symbol entsprechen, eine emeinsame Bedeutun haben. Nicht-terminale Symbole und Schlíusselwíorter haben eine eindeutie Bedeutun. Die Semantik einer Prorammiersprache fíuhrt die Bedeutun von Prorammen in der Sprache auf die Bedeutun der Schlíusselwíorter und nicht-terminalen Symbole, die Prorammteilen entsprechen, zuríuck bzw. setzt aus der Bedeutun der einzelnen Teile die Bedeutun des Proramms zusammen. Dabei ist die Bedeutun eines Proramms stets operational, d.h. sie entspricht Operationen, die auch tatsíachlich ausefíuhrt werden. Ich beschreibe die Bedeutun hier umanssprachlich und illustriere sie durch JAVA-Proramme. Der Modiækator èmodifierè kann public, abstract oder ænal sein 6. Abstrakte Klassen werden in Abschnitt 3.7 behandelt. ænal bedeutet, daç die Klasse keine Unterklassen besitzen darf. public bedeutet, daç die Klasse von íuberall aus verwendet werden kann ès. Abschnitt 3.8è. 6 Leider ist es mir nicht elunen, die Formatierun der Grammatik mit denselben Buchstabenarten zu realisieren, die im Text verwendet werden. Dort wird Klasse, Methode und Schlíusselwort so esetzt wie in diesem Satz. Die nicht-terminalen Symbole und Variablen sehen so aus.

24 20 ClassDeclaration : Modifiers opt class Identifier Super opt Interfaces opt ClassBody Super : extends ClassT ype Interf aces : implements Interf acet ypelist Interf acet ypelist : Interf acet ype Interf acet ypelist, Interf acet ype ClassBody : f ClassBodyDeclarations opt ClassBodyDeclarations : ClassBodyDeclaration ClassBodyDeclarations ClassBodyDeclaration ClassBodyDeclaration : ClassM emberdeclaration StaticInitializer ConstructorDeclaration ClassM emberdeclaration : F ielddeclaration M ethoddeclaration StaticInitializer : static Block Tabelle 1: Klassendeklaration Das Schlíusselwort class zeit an, daç es sich um ein Klasse handelt. Der Name èidentiæerè der Klasse wird einefíuhrt, damit man sich auf die Klasse beziehen kann. Der Name einer Klasse beinnt stets mit einem Groçbuchstaben. Durch extends ClassT ype wird die Oberklasse aneeben, von der diese Klasse erbt. Schnittstellen èinterfacesè lernen wir spíater kennen èabschnitt 3.7è. Nach diesen Príaliminarien folt das Wichtiste einer Klasse í der Klassenrumpf èclassbodyè. Dies ist ein Block. Ein Block beinnt mit eschweifter Klammer und endet mit eschweifter Klammer. Meistens werden hier Methoden deæniert. Dazu werden zuníachst die Variablen deklariert und dann die Methode selbst. Beispiel 3.1: In der Einleitun war von Utas blauem Ball die Rede. Daç er Uta ehíort, soll bei Uta vermerkt werden. Allerdins kíonnen wir eine Klasse Besitz deænieren und Bíalle sind eine Unterklasse davon. Auçerdem haben Bíalle immer eine Farbe. Ihre Methode besteht darin, einen Tritt in eine Ortsveríanderun umzusetzen. Wir notieren den Tritt als zwei Zahlen im Koordinatensystem, die aneben, um wieviel der Ball sich auf der x- und um wieviel er sich auf der y-achse verschieben soll.

25 21 Die Methoden erlíautern wir spíater èabschnitt 3.4è. Hier erst einmal der íuberblick íuber die Klasse Ball. Wir zeien, daç die Klasse Ball emíaç der Grammatik ètabelle 1è wohleformt ist. class Ball extends Besitz f æoat x,y; Strin farbe; èèclass Identiæer extends ClassType èè ClassBody Beinn èè FieldDeclaration èè FieldDeclaration public Ball èstrin name,strin farbe, æoat x, æoat yè f super è nameè; farbe = farbe; x= x; y= y; public void rolle èæoat dx,æoat dyè f x+=dx;y+=dy; èè MethodDeclaration èè MethodDeclaration èè ClassBody Ende Der íubersetzer von JAVA fertit zu der Klasse Ball einen Syntaxbaum an. Der Syntaxbaum zeit, welche Ersetzunen von den terminalen Zeichen des Proramms zu den nicht-terminalen Zeichen der Klassendeklaration bis hin zu ClassDeclaration fíuhren. Ein èunvollstíandierè Syntaxbaum ist in Abbildun 12 darestellt. Wir sehen in diesem Beispiel die JAVA-Darstellun fíur æ die Vererbunshierarchie durch extends, æ ihre Ausnutzun durch super, æ eine Eienschaft, die jedes Objekt der Klasse hat durch farbe, æ eine Methode, wie Objekte einer Klasse erzeut werden èkonstruktorè durch Ball, æ eine Methode, die eine Botschaft von auçen bearbeitet, durch rolle Wie ein neues Objekt fíur eine Klasse anelet wird, beschreibt die Methode Konstruktor èconstructorè. Die Syntax zeit Tabelle 2. Ein Konstruktor heiçt stets wie die Klasse, zu der er ein Objekt anlet. Der Konstruktor der Klasse Ball heiçt also Ball. Er hat eine Liste von Arumenten in Klammern èformalparameterlistè. Es folt ein Block, der fíur ein neues Objekt bei der Erzeuun ausefíuhrt wird. Das erste darin ist der Aufruf des Konstruktors der Oberklasse durch super è nameè. Da jedes Din einen Namen hat, sort der Konstruktor von Besitz dafíur, daç ein Name vereben wird. Die Farbe, beschrieben durch irendeine Kette von Buchstaben èstrinè, und die Position, beschrieben durch x- und y-koordinaten, sind hineen Eienschaften des Balls und nicht jedes Geenstandes.