PIWIN I. Praktische Informatik für Wirtschaftsmathematiker, Ingenieure und Naturwissenschaftler I. Vorlesung 3 SWS WS 2007/2008

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1 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 1 PIWIN I Praktische Informatik für Wirtschaftsmathematiker, Ingenieure und Naturwissenschaftler I Vorlesung 3 SWS WS 2007/2008 FB Informatik - Universität Dortmund

2 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 2 Thema Kapitel 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung Unterlagen Echtle, Goedicke: Einführung in die objektorientierte Programmierung mit Java, dpunkt-verlag. Doberkat, Dissmann: Einführung in die objektorientierte Programmierung mit Java, Oldenbourg-Verlag, 2. Auflage.

3 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 3 Übersicht Begriffe Spezifikationen, Algorithmen, formale Sprachen, Grammatik Programmiersprachenkonzepte Syntax und Semantik imperative, objektorientierte, funktionale und logische Programmierung Grundlagen der Programmierung imperative Programmierung Verfeinerung, elementare Operationen, Sequenz, Selektion, Iteration, funktionale Algorithmen und Rekursion, Variablen und Wertzuweisungen, Prozeduren, Funktionen und Modularität objektorientierte Programmierung Algorithmen und Datenstrukturen Berechenbarkeit und Entscheidbarkeit von Problemen Effizienz und Komplexität von Algorithmen Programmentwurf, Softwareentwurf

4 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 4 Gliederung Aufbau eines (Java-)Programms Syntaktische Struktur Syntaxdiagramme Elemente von höheren Programmiersprachen Was macht Objektorientierung aus? Objekte Klassen von Objekten Attribute Methoden main Erweiterungen (am Beispiel)

5 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 5 Wichtigste Elemente am Beispiel-Programm public class einfacherechnung { public static void main (String [] Aufrufparameter) { int x, y; x = 10; y = 23 * * 7 * (5 + 6); System.out.print ( Das Resultat lautet ); System.out.print (x + y); System.out.println (. ); Quell-Code in Java Byte-Code Ergebnis Java Compiler Rechner

6 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 6 Der Aufbau eines Programms

7 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 7 Syntaktische Struktur Syntaktische Struktur von (Java-) Programmen Die syntaktische Struktur von (Java-) Programmen ist durch Schachteln von Klammern gegeben. Generell bestehen solche Schachteln aus einem Kopf und einem Rumpf: public class einfacherechnung {... public static void main (... ) {...

8 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 8 Java-Programm Java-Programm: Folge von Klassendefinitionen, die wiederum u.a. eine Folge von Methodendefinitionen enthalten Im Beispiel oben gab es: Die Definition einer Klasse einfacherechnung Innerhalb dieser Klasse die Definition einer Methode main main spielt eine besondere Rolle, da sie die Methode ist, die automatisch als erste aufgerufen wird, wenn man das Programm startet.

9 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 9 Syntaxdiagramme Syntax Diagramme für einfache Java-Programme (1)

10 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 10 Syntaxdiagramme Syntax Diagramme für einfache Java-Programme (2)

11 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 11 Elemente von höheren Programmiersprachen Einfache Anweisungen Zusammenfassung von mehreren Anweisungen zu einer Methode auch Unterprogramm, Funktion, Prozedur,... Einfache Datentypen Einzelne Werte werden selten betrachtet; daher: ganze Wertemengen Grundvorrat an einfachen (primitiven) Wertemengen vorgegeben: ein Abschnitt der ganzen Zahlen eine Teilmenge der rationalen Zahlen einfache Zeichen und Zeichenketten Wahrheitswerte (wahr, falsch)

12 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 12 Elemente von höheren Programmiersprachen Dazu werden die üblichen Operationen auf diesen Mengen zur Verfügung gestellt Wertemengen + Operationen = Datentyp Primitive Wertemengen werden als Basis für komplexe Strukturen benutzt Vorschriften, wie einzelne einfache Daten zu komplexen Gebilden geformt werden komplexe Datenstrukturen: Feld / Array, Struct / Record,...

13 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 13 Höhere Programmiersprachen... bieten benutzerdefinierte Typen C,C++,Pascal,Java, alle bieten Unterstützung für Erzeugen mehrerer gleichartiger Variabler: Felder / Arrays Zusammenfassung von bestehenden Datentypen: Structs/ Records z.b. zur Definition von Personendaten: Person = { Vorname, Nachname, Adresse, Geb-Datum und darin enthaltenen Komponenten wie Adresse als Adresse= { Straße, PLZ, Stadt, deren Komponenten letztendlich primitive Datentypen sein müssen.

14 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 14 Was macht Objektorientierung aus? Objekte: Vereinigung von Algorithmus und Datenstrukturen Verallgemeinerung und Abstraktion: Klassen von Objekten Neue Begriffe in diesem Umfeld: Objekt Instanz Klasse Methode Vererbung Interface...

15 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 15 Objekte Die Trennung von Verfahrenvorschrift (Algorithmus) und Datenstrukturen hat sich als hinderlich erwiesen. Daher Besonders wichtig für das Verständnis von Programmen ist die Zusammenfassung der zulässigen Verfahren und der dazugehörigen Datenstrukturen Beispiel Person = {Vorname, Nachname, Adresse, Geb-Datum + {Aendere_Nachname ( ) Aendere_Adresse( ) Damit können auf einzelne Objekte zugeschnittene Verfahren formuliert werden, die spezifische Eigenschaften eines Objektes sicherstellen

16 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 16 Klassen von Objekten In der Regel ist es mühsam, alle betrachteten Objekte einzeln zu beschreiben... Man ist nicht an einer einzelnen Person, sondern an allen Personen interessiert. Daher Zusammenfassung aller gleichartigen Objekte zu einer Klasse von Objekten Üblicherweise werden dann in Programmen nur die Definition von Klassen und Verfahren angegeben, wie einzelne Exemplare (Objekte, Instanzen) geschaffen werden können

17 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 17 Klassen von Objekten Beispiel class Person = { Vorname, Nachname,... + {AendereVorname (...), AendereNachname ( ) ; Person Erika_Mustermann

18 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 18 Klassen: Beschreiben gleichartige Objekte public class Girokonto { private int kontostand; // in Pfennigen gerechnet public Girokonto() { kontostand = 0; /* Einzahlen und Abheben */ public void zahle (int pfennige){ kontostand = kontostand + pfennige; public int holekontostand() { return (kontostand);

19 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 19 Klassen: Beschreiben gleichartige Objekte public class Girokonto { private int kontostand; public Girokonto() { kontostand = 0; Modifier Modifier class class Klassenname Klassenname { Attribut- Attribut- Deklarationen Deklarationen Methoden Methoden

20 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 20 Von Klassen zu Objekten Exemplare aus einer Klassen-Schablone: Girokonto Kontostand (in Pfennigen) Ein-/Auszahlen Kontostand abfragen Objekt Objekt Objekt Objekt Klasse Klasse ObjName ObjName = new new Klasse(Typ1 Klasse(Typ1 name1, name1,...)...) Erzeugen Girokonto einkonto= new Girokonto(); Löschen in Java: wenn Objekt nirgendwo mehr benutzt automatische Garbage-Collection in anderen Sprachen auch explizit: delete / free Zustand eines Objekts verändern ( Attribute) Nachrichten an ein Objekt senden ( Methoden)

21 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 21 Attribute Teile des Gesamtzustands eines Objekts private int kontostand; private Girokonto meinkonto; Modifier Datentyp attributname Modifier Datentyp attributname Verändern von Attributen kontostand = kontostand + pfennige; Einkapseln von Attributen ( Ziel: möglichst alle Attribute einkapseln) privat d.h. nur innerhalb des Objekts sichtbar (private) öffentlich d.h. auch außerhalb des Objekts sichtbar (public) Zugriffe auf gekapselte Attribute nur durch einzelne Methoden des Objektes (getter & setter)

22 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 22 Methoden (1/2) Deklaration/Definition Teile des möglichen Verhaltens eines Objekts (d.h. Nachrichten, die vom Objekt verarbeitet werden können) public void zahle (int pfennige){ kontostand = kontostand + pfennige; public int holekontostand() { return (kontostand); Modifier Modifier Rückgabetyp Rückgabetyp Methodenname Methodenname (Typ1 (Typ1 ParamName1,Typ2 ParamName1,Typ2 Param...){ Param...){ Liste Liste von von Anweisungen; Anweisungen; [ return return (Rückgabewert) (Rückgabewert) ]

23 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 23 Methoden (2/2) Aufruf Aufruf von Methoden eines Objektes Punkt-Notation, qualifizierter Zugriff meinkonto.holekontostand(); meinkonto.zahle(+100); Übergeben von Parametern statt komplette Objekte zu übergeben, nur Zeiger darauf by reference bei einfachen Datentypen als Wert kopiert by value Einkapseln von Methoden privat, d.h. nur als interne Hilfs-Methode zugreifbar private öffentlich, d.h. extern sichtbar public

24 Spezielle Methode "main" Einsprungpunkt bei "Ausführen" einer Applikation Übergeben von Argumenten aus der Kommandozeile möglich für Testen von Klassen-Implementierungen geeignet public class TestGirokonto {... public static void main(string[] args) {... // Hier Code zum Testen einfügen... PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 24

25 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 25 Erweiterung des Bspls: Klasse Girokonto Motivation Klasse erweitern um Attribute, Methoden Erzeugen von Objekten und Nachrichtenaustausch (Methoden) zwischen Objekten Aufgabe Ergänzung der Funktionalität der Klasse "Girokonto" zum Sperren eines Kontos: boolesches Attribut istgesperrt mit den Methoden void sperre(), void entsperre() und boolean istgesperrt() zum Überschreiben des aktuellen Kontostandes mit einem übergebenen Betrag die Methode setzekontostand()

26 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 26 Erweiterung des Bspls: Klasse Girokonto Testen der Klasse "Girokonto" (siehe: Methode "main" in der Klasse "TestGirokonto" ) Erzeugen eines Girokonto-Objekts Nacheinander Einzahlen von 100 Pfennigen, Abheben von 20 Pfennigen und Einzahlen von 30 Pfennigen Anschließend Kontostand ausgeben

27 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 27 Erweiterungen public class Girokonto {... private boolean istgesperrt;... public void sperre() { istgesperrt=true; public void entsperre(){ istgesperrt=false; public boolean istgesperrt (){ return (istgesperrt);...

28 PIWIN I Kap. 7 Objektorientierte Programmierung - Einführung 28 Testklasse public class TestGirokonto { public static void main(string[] args) { // erzeuge neues Konto Girokonto einkonto = new Girokonto(); einkonto.zahle(+100); //Transaktion Einzahlung einkonto.zahle(-20); //Transaktion Auszahlung einkonto.zahle(+30); //Transaktion Einzahlung // gib Kontostand aus int aktuellerstand = einkonto.holekontostand(); //holen Bildschirm.gibAus(aktuellerStand); //anzeigen

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