Vorlesung Informatik II

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1 Vorlesung Informatik II Universität Augsburg Wintersemester 2011/2012 Prof. Dr. Bernhard Bauer Folien von: Prof. Dr. Robert Lorenz Lehrprofessur für Informatik 06. Java: Von UML nach Java 1

2 Inhalt Für die meisten Elemente und Konzepte eines Klassendiagramms gibt es Entsprechungen in Java Wir werden jetzt die Syntax dieser Entsprechungen lernen Angenehmerweise bleibt die Semantik erhalten, wir haben bei der UML-Modellierung also schon die halbe Programmierarbeit erledigt Manchmal hat man allerdings Implementierungsalternativen Wir beginnen mit einigen API-Grundlagen. 2

3 Operator instanceof Erlaubt die Überprüfung, ob ein Objekt von einer bestimmten Klasse ist in der folgenden Form <Objekt> instanceof <Klasse> Wert dieses Ausdrucks ist vom Typ boolean 3

4 Klasse Object Jede Klasse erbt (ist eine Spezilisierung) von der Klasse Object: Konsequenzen: Ein Objekt jeder beliebigen Klasse kann an eine Variable der Klasse Object zugewiesen werden Die Methoden, die in der Klasse Object definiert sind, stehen in jeder Klasse zur Verfügung Wichtige Methoden der Klasse Object: public boolean equals(object obj) public String tostring() 4

5 Klasse Object public boolean equals(object obj) Definiert die Gleichheit zweier Objekte Voreinstellung: Identität (Zeiger auf dasselbe Objekt) Die Klasse String überschreibt diese Methode schon, s.d. zwei Zeichenketten tatsächlich auf gleichen Inhalt überprüft werden 5

6 Klasse Object public boolean equals(object obj) Diese Methode kann und sollte von jeder Klasse überschrieben werden was Gleichheit bedeutet, legt der Programmierer der Klasse fest Andere Bibliotheksoperationen benutzen equals (z.b. die Operation contains von Containerklassen) 6

7 Klasse Object public boolean equals(object obj) Beispiel: Zwei Studenten sind gleich, wenn sie dieselbe Matrikelnummer haben class Student { private String matnummer; public boolean equals(object o){ if (o instanceof Student){ Student s = (Student) o; return (matnummer == s.matnummer); return false;... 7

8 Klasse Object public String tostring() Definiert die textuelle Darstellung eines Objekts (als eine Zeichenkette) Jede Klasse sollte diese Methode überschreiben das Ergebnis sollte möglichst informativ und kompakt den wesentlichen Inhalt des Objekts wiedergeben Diese Methode wird implizit aufgerufen, wenn ein Objekt textuell dargestellt werden muss (z.b. bei Aufruf von println()) 8

9 Klasse Object public String tostring() Beispiel: Für Studenten wird Name und Matrikenummer ausgegeben class Student {... public String tostring(){ return Matrikelnummer: + matnummer + \n Name: + name;... 9

10 Containerklassen Grundsätzliche Typen: Listen: für beliebige Objekte in fester Reihenfolge mit wahlfreiem und sequentiellem Zugriff Mengen: für beliebige Objekte, keine Dubletten, Mengenoperationen Abbildungen: Menge von Paaren, eines davon dublettenfreier Schlüssel für den Zugriff auf das zugeordnete Objekt, kann man sich als Tabelle mit zwei Spalten (Schlüssel + Objekt) vorstellen 10

11 Containerklassen Beispielklassen: Vector Liste Dynamisches Feld, schneller Zugriff, langsames Einfügen / Löschen, für Lesen und kleine Listen LinkedList Liste Doppelt verkettete Liste, langsamer Zugriff, schnelles Einfügen / Löschen, bei vielen Änderungen, für große Listen 11

12 Containerklassen Beispielklassen: HashSet Menge Iterationsreihenfolge ist ungeordnet und nicht reproduzierbar Hashtable Abbildung 12

13 Klasse Vector Exemplarisch besprechen wir die Klasse Vector<T>: repräsentiert ein dynamisches Feld von Objekten Elemente von primitiven Datentypen können nicht verwaltet werden (hier helfen die Hüllklassen) Zugriff auf Elemente wie bei Feldern T ist der Datentyp der Elemente (Angabe ist optional). Ohne Angabe von T Verwaltung von beliebigen Objekten 13

14 Klasse Vector Einige Operationen der typisierten Version Vector<T>: void addelement(t obj) hängt obj als letztes Element an void insertelementat(t obj, int index) fügt obj an Position index ein und verschiebt andere Elemente T elementat(int index) liefert das Element an Stelle index Alternative: T get(int index) void setelementat(t obj, int index) ersetzt das Element an Position index durch obj 14

15 Klasse Vector Einige Operationen der typisierten Version Vector<T>: int indexof(t elem) liefert den Index des ersten Elements e mit e.equals(elem) boolean removeelement(t obj) entfernt das erste Auftreten von obj int size() liefert die Anzahl der aktuellen verwalteten Objekte Bei der nicht typisierten Version Vector werden ggf. Objekte vom Typ Object zurückgegeben Typcast notwendig! 15

16 Sichtbarkeiten + entspricht public - entspricht private # entspricht protected ~ entspricht package 16

17 Klassen Angabe von Klassen in folgender Form: <Sichtbarkeit> [abstract] class <Klassenname> { <Attributeliste> <Konstruktorenliste> <Operationsliste> UML-Klassen und strukturierten UML-Datentypen werden als Java-Klassen implementiert Angabe von abstract für abstrakte Klassen 17

18 Attribute Angabe von Attributen in folgender Form: <Sichtbarkeit> [static] <Datentyp> <Name> [=<Wert>] Angabe von static für Klassenattribute Angabe von =<Wert> für Anfangswerte <Datentyp> abhängig von Multiplizität:?..1 <Datentyp> entspricht UML-Datentyp?..m <Datentyp> entspricht UML-Datentyp-Feld (m>1)?..* <Datentyp> entspricht einer Java-Containerklasse 18

19 Attribute Möglichkeiten der Initialisierung von Attributen: Explizit in der Deklaration Explizit im Konstruktor Implizit durch voreingestellten Wert Initialisierung von Klassenattributen Explizit in der Deklaration In separatem Block static {... 19

20 Objekte Auswertung von Objekten: Objekte primitiven Typs werden als Wert der Speicherstelle ausgewertet Objekte eines Referenztyps werden als Zeiger auf die Speicherstelle ausgewertet Ein Ausdruck der Form <objekt>.<attribut> wird als Wert des Attributs ausgewertet (automatische Dereferenzierung) 20

21 Konstruktoren Angabe von Konstruktoren in folgender Form: <Sichtbarkeit> <Klassenname>(<Parameter>){<Rumpf> UML-Konstruktoren werden Java-Konstruktoren Konstruktoren können überladen werden Fehlt ein Konstruktor, so erzeugt der Compiler automatisch einen leeren Konstruktor public <Klassenname>(){ (ohne Parameter, d.h. ohne benutzerdefinierte Initialisierungen) Prototyp wird wie bei normalen Java-Operationen angegeben 21

22 Konstruktoren Das Schlüsselwort this: Mit this(<werte>) kann in einem Konstruktor auf einen anderen Konstruktor zugegriffen werden Mit this.<attribut> kann auf überschriebene Attribute zugegriffen werden this kann in Operationsrümpfen als Referenz auf das aufrufende Objekt benutzt werden (Beispiel später) 22

23 Konstruktoren Aufruf von Konstruktoren Aufruf durch Ausdruck new <Klassenname>(<Werte>) Erzeugung eines Objekts Ausdruck wird als Zeiger auf dieses Objekt ausgewertet Verwendung in beliebigen Ausdrücken und auch als Eingabeparameter von Operationen 23

24 Konstruktoren Implementierung von Konstruktoren class <Klasse>{ private <Typ> <Attribut>;... public <Klasse>(<Typ> <Attribut>) { this.<attribut>=<attribut>; public <Klasse>(<Typ> <Attribut>,...) { this(<attribut>);... 24

25 Operationen Angabe von Operationen in folgender Form: <Sichtbarkeit>[static][abstract]<Rückgabetyp><Name>(<Parameter>) { <Rumpf> UML-Operationen werden Java-Operationen (alle Verwaltungsoperationen für Attribute und Assoziationen usw.) Gibt es keinen UML-Rückgabetypwert, so ist der Java-Rückgabetyp void Angabe von abstract bei abstrakten Operationen Abstrakte Operationen haben keinen Rumpf Angabe von static bei Klassenoperationen 25

26 Operationen Im Operations-Rumpf Werte primitiven Datentyps werden nach dem Call-by-Value-Prinzip übergeben Objekte eines Referenztyps werden nach dem Call-by-Reference-Prinzip übergeben Übergabe des Rückgabewerts (falls Rückgabetyp nicht void) mit return <Wert> Gleiche Verwendung von this wie in Konstruktoren 26

27 Operationen Aufruf von Operationen Aufruf von normalen Objekt-Operationen durch Ausdruck <objekt>.<operation>(<werte>) (vorher muss das Objekt <objekt> deklariert und erzeugt werden) Aufruf von Klassenoperationen durch Ausdruck <klassenname>.<operation>(<werte>) Ausdruck wird als Rückgabewert der Operation ausgewertet Verwendung in beliebigen Ausdrücken und auch als Eingabeparameter von Operationen 27

28 Operationen Implementierung von Gettern und Settern Einfachste Form: class <Klasse>{ private <Typ> <Attribut>;... public <Typ> get<attribut>() { return <Attribut>; public void set<attribut>(<typ> <Attribut>) { this.<attribut>=<attribut>; 28

29 Operationen Implementierung von Gettern und Settern Zusätzliche Fehlerbehandlung: Überprüfung Dateninvarianten bei Settern (ungültige Werte) Beispiel: Namen beginnen mit Großbuchstaben und haben eine Länge zwischen 3 und 20 Buchstaben Kontrolle, ob Wert vorhanden (bei optionalen Attributen) bei Gettern 29

30 Operationen Implementierung von Gettern und Settern Verhalten bei Auftreten eines Fehlers: Aktion nicht ausführen Anzeige über Rückgabewert (Fehlerbehandlung durch den Aufrufer) oder Fehlermeldung public boolean setname(string name){ if ((name.length()>2)&&(name.length()<21)){ return false; this.name = name; return true; Später: Ausnahmebehandlung in Java mit Ausnahmeklassen 30

31 Operationen Implementierung bei mehrwertigen Attribute (einfachste Form): class <Klasse>{ private Vector<T> <Attribut>; public <T> get<attribut>(int pos) { return <Attribut>.elementAt(pos); public void add<attribut>(<t> <Wert>) { <Attribut>.addElement(<Wert>); public void remove<attribut>(<t> <Wert>) { <Attribut>.removeElement(<Wert>); 31

32 Operationen Implementierung der Verwaltung mehrwertiger Attribute: Zusätzliche Fehlerbehandlung: Überprüfung Dateninvarianten bei add- und delete-operation Beispiel: Schon vorhandenes Objekt (contains, equals) hinzufügen Fehlerkontrolle der benutzten Vector-Operationen Klasse Vector: public boolean removeelement(object obj) gibt false zurück, falls Objekt nicht vorhanden, sonst true [Verhalten bei Auftreten eines Fehlers analog zu gettern/settern] 32

33 Operationen Implementierung der Verwaltung von Objektbeziehungen: später 33

34 Spezialisierung Angabe von Spezialisierungen in folgender Form: class <Klasse1> extends <Klasse2>{<Rumpf> <Klasse2> ist dann Oberklasse von <Klasse1> In Unterklasse können geerbte Attribute und Operationen der Oberklasse benutzt werden Ausnahme: Konstruktoren werden nicht vererbt Mit super(<werte>) Aufruf Konstruktor der Oberklasse (nur als erste Anweisung erlaubt) (wird auch implizit durch Compiler mit leerem Konstruktor erledigt) 34

35 Spezialisierung Implementierung: Benutzung von super public class <Klasse2>{ private <Typ2> <Attribut2>; public <Klasse2>(<Typ2> <Attribut2>){... public class <Klasse1> extends <Klasse2>{ private <Typ1> <Attribut1>; public <Klasse1>(<Typ1> <Attribut1>,<Typ2> <Attribut2>){ super(<attribut2>);... 35

36 Spezialisierung Implementierung: Polymorphismus public class <Klasse1> extends <Klasse2>{... class meinprogramm{ public static void main(string args[]){ <Klasse2> o = new <Klasse1>(...);... o stehen genau die <Klasse2>-Methoden zur Verfügung Überschreibt <Klasse1> eine <Klasse2>-Methode, wird aber die <Klasse1>-Version benutzt 36

37 Uni-direktionale Assoziationen Angabe von einwertigen Assoziationen in folgender Form: <Klasse1>?..1 - <rolle> public class <Klasse1>{ private <Klasse2> <rolle>;... <Klasse2> Beziehung über den Rollennamen als Attribut einbinden in Richtung der Navigierbarkeit Zugriff über öffentliche Verwaltungsoperationen wie im Klassendiagramm spezifiziert 37

38 Uni-direktionale Assoziationen Verwaltungeoperationen für einwertige Assoziationen <Klasse1>?..1 - <rolle> <Klasse2> public class <Klasse1>{ private <Klasse2> <rolle>; public void link<rolle>(<klasse2> k){ <rolle> = k; public void unlink<rolle>(){ <rolle> = null; public <Klasse2> getlink<rolle>(){ return <rolle>; 38

39 Uni-direktionale Assoziationen Angabe von mehrwertigen Assoziationen in folgender Form: <Klasse1>?..* - <rolle> public class <Klasse1>{ private Vector<Klasse2> <rolle>;... <Klasse2> Beziehung über den Rollennamen als Feld-Attribut einbinden in Richtung der Navigierbarkeit Zugriff über öffentliche Verwaltungsoperationen wie im Klassendiagramm spezifiziert 39

40 Uni-direktionale Assoziationen Verwaltungsoperationen für mehrwertige Assoziationen <Klasse1>?..* - <rolle> <Klasse2> public class <Klasse1>{ private Vector<Klasse2> <rolle>; public void link<rolle>(<klasse2> k){ <rolle>.addelement(k); public void unlink<rolle>(<klasse2> k){ <rolle>.removeelement(k); public <Klasse2> getlink<rolle>(int pos){ return <rolle>.elementat(pos); 40

41 Uni-direktionale Assoziationen Zusätzlich bei Verwaltungsoperationen zu beachten ist die Fehlerbehandlung: Dateninvarianten sicherstellen in link- und unlink-operationen Bei optionalen Beziehungen muss zusätzlich noch beim Zugriff überprüft werden, ob eine Objektbeziehung besteht Fehlerbehandlung bei Bibliotheksfunktionen [Verhalten bei Auftreten eines Fehlers analog zu Verwaltungsoperationen von Attributen] 41

42 Bi-direktionale Assoziationen Angabe: Beziehung über die Rollennamen als Attribut einbinden für beide Klassen (wie uni-direktional in beide Richtungen) Link- und unlink-operationen beider Klassen stellen aus Symmetriegründen Beziehung in beide Richtungen her <Klasse1> - <rolle1> - <rolle2> <Klasse2> Achtung: Überprüfe, ob beteiligte Objekte nicht schon in anderer Beziehung: in diesem Fall unlink für alte Beziehung notwendig 42

43 Bi-direktionale Assoziationen Verwaltungsoperation link exemplarisch im beiderseits einwertigen Fall: <Klasse1> - <rolle1> - <rolle2> public class <Klasse1>{ private <Klasse2> <rolle2>; public void link<rolle2>(<klasse2> k){ if (rolle2!= null) unlink<rolle2>(); <rolle2> = k; if (k.getlink<rolle1>()!= this){ if (k.getlink<rolle1>()!= null) k.unlink<rolle1>(); k.getlink<rolle1>() = this; <Klasse2> 43

44 Bi-direktionale Assoziationen Verwaltungsoperationen allgemeiner Fall: <Klasse1> - <rolle1> - <rolle2> <Klasse2> Man muss vier Fälle unterscheiden (alle Kombinationen von einwertig & mehrwertig in beide Richtungen der Navigierbarkeit) Beachte wie gehabt zusätzlich Datenstruktur-Invarianten, Besonderheiten bei optionalen Beziehungen und Fehlerbehandlung bei Bibliotheksfunktionen 44

45 Aggregation und Komposition Sind Spezialfälle uni-direktionaler Assoziationen Implementierung wie geschildert über Attribut für Rollennamen Verwaltungsoperationen mit anderen Namen, aber ähnlicher Funktionalität 45

46 Aggregation und Komposition Sonderfall: Anbindung einer Containerklasse im Singletonmuster zur Verwaltung von Objekten einer Klasse <Klasse> public class <Klasse>Container{ private static <Klasse>Container unique = null; private Vector<Klasse> alle<klasse> = new Vector<Klasse>(); private <Klasse>Container(){ public static <Klasse>Container instance(){ if (unique == null){ unique = <Klasse>Container(); return unique; public void add<klasse>(<klasse> k){ alle<klasse>.addelement(k); public void delete<klasse>(<klasse> k){ alle<klasse>.removeelement(k); public <Klasse> get<klasse>(int pos){ return alle<klasse>.elementat(pos); 46

47 Aggregation und Komposition Sonderfall: Anbindung einer Containerklasse im Singletonmuster zur Verwaltung von Objekten einer Klasse <Klasse> public class <Klasse>Container{... public static <Klasse>Container instance(){... public void add<klasse>(<klasse> k){... public void delete<klasse>(<klasse> k){... public <Klasse> get<klasse>(int pos){ <Klasse>Container con = <Klasse>Container.instance(); <Klasse> o = new <Klasse>(); con.add<klasse>(o);... 47

48 Schnittstellen Angabe von Schnittstellen in folgender Form: interface <Schnittstelle>{<Rumpf> 48

49 Schnittstellen Die implements-beziehung: class <Klasse> implements <Schnittstelle> {... Implementierung mehrerer Schnittstellen: Schnittstellen durch Komma getrennt auflisten Klassen können gleichzeitig Unterklasse einer Oberklasse sein und mehrere Schnittstellen implementieren Eine Klasse muss alle Operationen einer implementierten Schnittstelle konkret implementieren! 49

50 Schnittstellen Beispiel: Iterator-Muster (Klassenbibliothek) <<interface>> Iterable<E> iterator():iterator<e> <Klasse>Container Vector public class <Klasse>Container implements Iterable<Klasse> { private Vector<Klasse> alle<klasse> = new Vector<Klasse>();... public Iterator<Klasse> iterator(){ return alle<klasse>.iterator(); 50

51 Schnittstellen Beispiel: Iterator-Muster (Klassenbibliothek) <<interface>> Iterable<E> <Klasse>Container Damit läßt sich der Container unabhängig von seiner Implementierung durchlaufen Iterator<Klasse> it = <Klasse>Container.iterator(); while(it.hasnext()){ <Klasse> o = it.next();... Vector 51

52 Schnittstellen Beispiel: Ereignisbehandlung (nächstes Kapitel) 52

53 Pakete Einbindung von Klassen in Pakete zu Beginn einer Datei: package <meinpaket>; <Klassendefinition> Import und Zugriff auf Klassen anderer Pakete zu Dateibeginn import <paketname>.<klasse>; 53