Informatik 3 Sitzung 3 - Theorie. Roland Mühlenbernd

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1 Informatik 3 Sitzung 3 - Theorie Roland Mühlenbernd

2 2. EQDDS: Rückblick: Letzte Sitzung Vergleich der folgenden imperativen Programmiersprachen: Component Pascal Eiel C++ Java C# durch Betrachtung der folgenden Programmbeispiele: Einfache Hello-World-Programme Argumentübernahme von der Kommandozeile

3 2. EQDDS: Hello-World-Programme Fazit Component Pascal löst einfach modular Eiel löst rein objektorientiert C++ bietet eine hybride prozedural-modular-objektorientierte Lösung dabei sind nebeneekthafte Operatoren unvermeidbar das Konzept des Überladens bietet sich an Java und C# bieten eine eine hybride modular-objektorientierte Lösung, wobei sie auf Nebeneekte verzichten Java bietet mit Applets die Möglichkeit, Programme in Web-Browsern auszuführen

4 2. EQDDS: Argumentübernahme & Konversion Fazit I Programmaufrufe mit Argumentenübergabe erledigt der Kommandospracheninterpreter der Sprachumgebung (ComponentPascal: BlackBox) des Betriebssystems (Eiel, C*) Die Anzahl der Argumente ist beschränkt (ComponentPascal) unbeschränkt (Eiel, C*) Die Typen der Argumente sind Ganzzahlen (ComponentPascal) Zeichenketten (alle)

5 2. EQDDS: Argumentübernahme & Konversion Fazit II Konversion Zeichenkette Zahl übernehmen Modul zur Zeichenkettenbearbeitung (ComponentPascal) Funktionen (C++) Hüllenklasse der Zieltypen (Java, C#) allgemeine Konversionsklasse (C#) Konversionsmisserfolge werden behandelt durch Ausgabeparameter (ComponentPascal) spezieller Rückgabewert (C++) Auslösen von Ausnahmen (Java, C#)

6 Nebeneekte: Denition & Beispiele Nebeneekt: Operation, die neben der von der Anweisung ausgeführten Hauptoperation durchgeführt wird. Beispiele in C++: int a = 5; int b = ++a; (HO: b 5, NE: a++) int a = 1; int b = (++a * 5) + (++a * 3); (Ergebnis?) std::cout Hello World std::endl; Punktnotation: cout.operator(hello World).operator(endl); Erste Anweisung: cout.operator(hello World) (HO: Referenz auf Objekt cout, NE: Ausgabe Hello World) Zweite Anweisung: cout.operator(endl) (HO: Referenz auf Objekt cout, NE: neue Ausgabezeile) Vergleiche Java: System.out.println(Hello World) (HO: Ausgabe Hello World) System ist Singleton, von ihr können keine Objekte erzeugt werden out ist Klassenvariable der Klasse System

7 Semantiken: Wertobjekt VS. Referenzobjekt Wertobjekte (value objects) sind Objekte, deren Eigenschaften nach der Konstruktion nicht mehr verändert werden können. Wird eine Änderung an einem Wertobjekt benötigt, so wird nicht das Objekt selbst geändert, sondern eine geänderte Kopie des Objekts verwendet. (z.b.: String) Beispiel: Wertobjekt Beispiel: Referenzobjekt

8 Semantiken: Zeiger Ein Zeiger ist ein spezieller Wert, dessen Bedeutung eine Speicheradresse ist An solchen Adressen können Daten wie Variablen oder Objekte, aber auch Programmcode stehen Durch Zeiger-Dereferenzierung wird auf die Daten zugegrien Mit Zeigern lässt sich das Konzept der Referenzierung umsetzen In Component Pascal und C++ lässt sich auf Zeiger zugreifen, in Java und Eiel sind sie nur intern vorhanden und dem Programmierer vollständig verborgen In Oo-Sprachen ist die Referenz alternative (C++) oder einzige (Java, Eiel) Möglichkeit zur Realisierung der Referenzierung Wichtige Zeigeroperation ist der Objektoperator (Dereferenzieren, *), das Gegenstück zum Adressoperator (&)

9 SdV: Das Kunde-Lieferant-Modell Das Kunde-Lieferant Modell (client-server model) ist ein Modell von 2 kooperierenden Komponenten: Lieferant bietet dem Kunden Dienste Kunde benutzt Dienste des Lieferanten hat eine Schnittstelle die festlegt, was der Lieferant bereitstellen muss die festlegt, was der Kunde erhalten kann die explizit und genau beschrieben - speziziert sein muss

10 SdV: Spezikation durch Vertrag Spezikation durch Vertrag (Design/Programming by Contract) ist eine Beschreibung der dynamische Semantik (Verhalten der Dienste und Auswirkung auf Komponenten) von Softwarekomponenten durch Verträge aus erweiterten booleschen Ausdrücken basiert auf der Theorie der abstrakten Datentypen und formaler Spezikationsmethoden Komponenten können u.a. Module und Klassen sein basiert auf dem Prinzip der Trennung von Diensten in Abfragen (Queries) und Aktionen

11 SdV: Spezikation durch Vertrag Verträge setzen sich aus Bedingungen folgender Art zusammen: Invariante: Allgemeine unveränderliche Konsistenzbedingungen an den Zustand der Komponente, die vor und nach jedem Aufruf gelten (boolesche Ausdrücke) Vorbedingungen: Bedingungen eines Dienstes die erfüllt sein müssen, damit dieser aufrufbar ist Nachbedingungen: Müssen nach der Ausführung eines Dienstes erfüllt sein; beschreiben, welches Ergebnis der Dienst liefert oder welchen Eekt er erzielt

12 SdV: Leitlinien

13 SdV: Leitlinien

14 SdV: Integriert in Programmiersprachen Eiel hat SdV vollständig integriert Component Pascal 's Plattform BlackBox bietet allgemeine Zusicherungen; SdV begrenzt integriert C++ bietet mit assert() eine primitive Form der SdV; es exisitieren zahlreiche Ansätze, C++ SdV-fähig zu machen Java bietet weder eine direkte SdV-Unterstützung, aber allgemeine Zusicherungen und Ausnahmebehandlung; es gibt zahlreiche Ansätze, Java um Vertragskonstrukte zu ergänzen C# ähnlich wie C++: Funktion Assert

15 2. EQDDS: Aufgabe 1 Aufgabe 1 (a) Welche Programmierleitlinien sind hier verletzt? 1. Verständlichkeit: Verwende eine Sprache, konsistente Schreibweisen, sinnvolle Namen/Abkürzungen 2. Datenabstraktion: Vermeide öentliche Daten, Lesezugri durch Inline-Getter-Funktionen 3. Änderbarkeit: Deniere Konstanten für literale Werte 4. Klarheit, Wartbarkeit: Vermeide Nebeneekte! 5. Korrektheit: Dokumentiere zumindest Vorbedingungen durch Zuversicherungen. Aufgabe 1 (b) Schreibe das Programm gemäÿ der Programmierleitlinien um.

16 2. EQDDS: Lösung Aufgabe 1(b)

17 2. EQDDS: Uhrzeit Das folgende Beispiel Uhrzeit soll die folgenden Konzepte veranschaulichen: Denition einer datenzentrierten Klasse Wert-, Zeiger- & Referenzsemantik Wertobjekte Zeigerobjekte Referenzobjekte Festlegung von vertraglich spezizierten Schnittstellen (Spezikation durch Vertrag)

18 2. EQDDS: Uhrzeit (Component Pascal) Klassen werden in Module ( Subsystemen) geschachtelt -denition (TYPE) erlaubt Wert- und Zeigerobjekte werden konventionell über Verbundtyp (RECORD) und zugehörigem Zeigertyp (POINTER TO) deniert Konstanten (CONST) werden auÿerhalb deniert können bezüglich ihrer Erweiterbarkeit speziziert werden (ABSTRACT, EXTENSIBLE,LIMITED, NEW (Methoden))

19 2. EQDDS: Uhrzeit (Component Pascal) Klassenmethoden werden deniert durch PROCEDURE(Objekt:Typ) können Verträge durch Zusicherungen (ASSERT) enthalten (BEC.x) Klassenobjekte können als Wertobjekt oder Zeigerobjekt typisiert werden Wertobjekttypisierung kann verhindert werden

20 2. EQDDS: Uhrzeit (C++) Schnittstellendatei Modul-Klasse Struktur mit geschachtelten Namensräumen nachbildbar nur 'ganzzahlige'(int) Klassenkonstanten innerhalb Klassendenition initialisierbar Datenelemente sollten geschützt sein (protected: Klasse + Unterklassen) und nur über Getter-Funktionen zugreifbar (realisiert read-only) Getter-Funktionen sind const, um Objektzustand beizubehalten Inline-Funktionen: schnellerer Zugri, aber nicht redenierbar als virtual markierte Funktionen sind redenierbar (overridable)

21 2. EQDDS: Uhrzeit (C++) Implementationsdatei einfache Möglichkeit der Zusicherung: assert-vorübersetzungsmakro '==' für Gleichheit Klassenobjekte & Zugri:

22 2. EQDDS: Uhrzeit (Java) Klasse in Java nur Referenzsemantik Struktur durch geschachtelte Pakete I3 und Clocks Überladung erlaubt Namen der Datenelemente mit (this) qualizieren Zuversicherung durch (assert) (seit Release 1.4) Objekterzeugung und -zugri: Clock clock = new Clock(); clock.set(12, 30); clock.tick();

23 2. EQDDS: Uhrzeit (C#) Klasse in C# nur Referenzsemantik (auch Wertesemantik möglich) Struktur durch geschachtelten Namensraum I3 und Clocks Syntaktische Variante für Getter und Setter-Funktionen (properties genannt) kein Überladen erlaubt Zuversicherung durch Funktion Assert der Bibliotheksklasse Debug (verborgen in System.Diagnostics) Werttypen können durch struct anstatt class angelegt werden Objekterzeugung und -zugri: Clock clock = new Clock(); clock.set(12, 30); clock.tick();

24 2. EQDDS: Fazit 1: Denition einer Klasse Denition einer wiederverwendbaren Klasse ist in einer Datei enthalten (Component Pascal, Eiel, Java, C#) in Schnittstellen- und Implementationsdatei aufgeteilt (C++) auf mehrere Dateien verteilbar (C++, C#) Zu einer Klasse gehörige Konstanten werden neben der Klasse deniert (Component Pascal) optional mit static bei Klasse gespeichert und an Objekte gebunden (C++, Java) stets bei der Klasse gespeichert und and Klasse und Objekte gebunden (C#) Getter-Funktionen lassen sich implementieren als Inline-Funktionen (C++) Properties (C#)

25 2. EQDDS: Fazit 2: Zuversicherung und Semantik Zuversicherung wird realisiert durch Standardprozeduren (Component Pascal) eine spezielle Anweisung (Java) ein Vorübersetzungsmakro (C++) eine Bibliotheksmethode (C#) Klassendenition erlaubt folgende Semantik: abhängig von der Form der Denition: i) Wert- und Zeigerobjekte, ii) nur Zeigerobjekte (Component Pascal) Wert-, Referenz- und Zeigerobjekte (C++) nur Referenzobjekte (Java) nur Referenzobjekte, durch struct können Wertobjekte angelegt werden (C#)

26 2. EQDDS: Ausblick Praxis-Sitzung Einführung in die nebenläuge Programmierung Übungen mit Java Threads