OOP mit BlueJ Informatik 11

Transkript

1 1 Objekte und Klassen Das Lösen von Aufgaben in der Informatik geschieht durch Programme. Die Aufgaben werden zunehmend komplexer und die Lösungen müssen auf den verschiedensten Oberflächen dargestellt werden (Java für Handys!!). Seit einiger Zeit hat sich eine Art der Vorgehensweise bei Konstruktion von Lösungen verbreitet, die sog. Objektorientierte Programmierung, kurz: OOP. Sie nutzt als Ansatz eine objektorientierte Denkweise: Ein Computerprogramm ist ein gedankliches Modell eines Ausschnitts der realen Welt oder der zu lösenden Aufgabe. Die in diesem Ausschnitt vorkommenden, wesentlichen Objekte versucht man im Programm nachzubilden, ebenso ihre Zusammenarbeit, ihre Abhängigkeiten und Wechselwirkungen. Dazu muss man dies erst aus der oft ungenauen Aufgabenbeschreibung herausarbeiten. Dies ist ein häufig entscheidender, aber schwieriger Lösungsteil. Beispiel: In einem Programm zur Vereinsverwaltung könnten beteiligte Objekte z.b. sein: Das Mitglied Die Abteilung Die Sportart Die Mitgliedsbeiträge Die Trainingszeiten Diese Objekte muss ein Vereinsverwaltungsprogramm geeignet darstellen, wenn man diese genannten Objekte als wichtig erachtet. Wenn man die Trainingszeiten und Mitgliedsbeiträge als etwas ansieht, das zum jeweiligen Mitglied gehört, wird man anders modellieren. Oder gehören sie zur Kombination Mitglied Abteilung? Es kann also bereits die Modellierung besser oder schlechter sein oder gar ungeeignet. Ebenso wird man die möglichen Aktionen mit diesen Objekten darstellen müssen. Es gibt ganz offensichtlich verschiedene Ansätze, verschiedene Modellierungen der Situation. In jeder Modellierung gibt es verschiedene "Sorten" (Typen, Kategorien) von Objekten. Diese Sorten nennt man Klassen. Bei der Vereinsverwaltung wird man u.a. eine Klasse Mitglied erstellen, die alle für die Vereinsverwaltung wesentlichen Eigenschaften eines jeden Mitgliedes umfasst und alles, was mit ihm geschehen kann. Eine Klasse beschreibt, wie alle Objekte dieser entsprechenden Sorte aufgebaut sind und sich verhalten können. Eine Klasse ist somit der abstrakte "Bauplan" für alle Objekte dieser Sorte, dieses Typs 1.1 Objekte und Klassen Wie lassen sich Objekte und Klassen unterscheiden? Betrachten wir nebenstehendes Bild aus der Reihenhaussiedlung Bachstrasse. Jedes Reihen haus ist ein Exemplar der Klasse Reihenhaus_Bachstrasse. Jedes Exemplar hat einen Balkon im 1. OG und eine Terasse im EG. Jedes Exemplar hat die gleiche Anzahl und Größe von Zimmern, aber jedes Exemplar hat eine andere Hausnummer und einen anderen Hausanstrich. Manches Exemplar hat jedoch im Garten einen Pool. Objekte sind also ein Exemplar einer Klasse. 1.2 Objekte erzeugen Wir starten nun BlueJ auf dem Desktop im Ordner Informatik finden wir das Icon: Es öfffnet sich das Anwendungsfenster von BlueJ, wie nachstehend dargestellt. Wenn wir das erste mal BlueJ benutzen, ist das Projektfenster grau und leer. Wir öffnen nun das Projekt Figuren, dessen Dateien be H.Stadtmüller 2005 Seite 1

2 finden sich im Kursordner mit dem Namen Figuren. Da BlueJ die Projekte immer in einem eigenen Ordner verwaltet und in diesen Ordner schreiben muss, ist es notwendig diesen Ordner in sein Homeverzeichnis zu kopieren oder auf ein entsprechendes Verzeichnis im Laufwerk D:\. Wir öffnen das Projekt, indem wir im Dateidialog Projekt öffnen den Ordner Figuren markieren und den Button Öffnen drücken. Es erscheint im Projektfenster ein Diagramm wie nachstehende Abbildung zeigt. Im Projektfenster erscheinen 2 Typen von Dateien. Links oben befindet sich die Readme Datei, eine reine Textdatei. Jedes orangene Rechteck im Projektfenster repräsentiert eine Klasse. Es ist ein Klassendiagramm dargestellt. Die gestrichelten Linien geben an, wie die Klassen zusammenhängen. Die Klassennamen beginnen immer mit einem Großbuchstaben! Durch Anklicken einer Klasse mit der rechten Maustaste erhält man das Kontextmenü dieser Klasse. Da Kontextmenü bietet die Möglichkeit mit new Kreis() ein neues Exemplar oder Objekt dieser Klasse zu erzeugen, mit Bearbeiten den Quellcode dieser Klasse zu editieren, mit Übersetzen den Quellcode in einen Bytecode zu Kompilieren, der dann von einem Java Interpreter gelesen werden kann. Diese Übersetzung ist nach jeder Änderung des Quellcodes notwendig. Es wird dann eine Datei mit dem Namen der Klasse und der Erweiterung.class erzeugt, hier wäre dies kreis.class. Auf die anderen Menüpunkte werden wir später eingehen. H.Stadtmüller 2005 Seite 2

3 Erzeugen wir nun zuerst einmal ein neues Objekt der Klasse Kreis. Es öffnet sich ein Dialogfenster, dessen Aussehen für BlueJ ganz typisch ist. Wir ändern den vorgeschlagenen Objektnamen in testkreis. Objektnamen beginnen immer mit einem Kleinbuchstaben. OOP mit BlueJ Hilfstext Methodenaufruf Name des Objektes Wir erhalten nun im unteren Bereich des Programmfensters von BlueJ einen neuen Eintrag für das eben erzeugt Objekt testkreis. In der linken Spalte sind nun zusätzliche Menüpunkte entstanden, die zum Teil noch nicht anwählbar sind, da sie zu diesem Zeitpunkt der Programmbenutzung keinen Sinn ergeben. 1.3 Methoden aufrufen Der Rechtsklick auf ein Objekt liefert wie üblich das entsprechende Kontextmenü. Die Einträge zeigen alle möglichen Operationen, mit denen man das Objekt manipulieren kann. Man nennt diese die Methoden des Objektes. Alle Methoden werden mit sprechenden Namen bezeichnet und beginnen mit einem Kleinbuchstaben. Die einzelnen Wörter im Namen der Methode beginnen mit einem Großbuchstaben zur besseren Lesbarkeit. Wir rufen nun nacheinander für das Objekt testkreis die Methoden sichtbarmachen(), nachrechtsbewegen(), nachuntenbewegen() auf. Beschreibe was bei der jeweiligen Methode geschieht. 1.4 Parameter Es gibt allein schon von der Schreibweise unterschiedliche Methoden. Einige von ihnen enden mit einer leeren Klammerung, andere mit einer gefüllten Klammerung. Bei ersteren lassen sich keine Parameter an die Methode übergeben, die Methode wird direkt ausgeführt. Bei letzteren ist eine Parameterübergabe möglich. Hierzu startet BlueJ wie schon oben gesehen ein Dialogfenster mit den für diese Methode notwendigen Eigenschaften. Die Titelleiste ist mit Methodenaufruf beschriftet, Es erscheint ein spezieller Hilfetext zu dem einzugebenden Wert, der Methodenkopf wird angeführt und ein Eingabefeld innerhalb der Klammer erscheint. Probieren wir dies mit der Methode horizontalbewegen(int entfernung) aus. Es erscheint nachstehendes Dialogfenster. H.Stadtmüller 2005 Seite 3

4 Wenn wir hier die Zahl 200 eingeben, wird nach Drücken des OK Buttons der Kreis um 200 Pixel nach rechts verschoben werden. Diese Methode ist damit universeller als die Methode nachrechtsbewegen(). Für jede Methode ist fest gelegt, welche Art von Parametern und wie viele man an sie übergeben darf und muss. Die Klammer enthält die sogenannte Parameterliste der Methode. In diesem Beispiel hat die Methode einen einzigen Parameter vom Typ int mit der Bezeichnung entfernung. Aufgabe 1. Probiere noch die anderen Methoden aus. Aufgabe 2. Wie kann man mit Hilfe der Methode horizontalbewegen(int entfernung) das Objekt nachlinks bewegen? Aufgabe 3. Erzeuge auch weitere Objekte und teste sie. Achte insbesondere auf die gegenseitige Beeinflussung der Objekte. 1.5 Datentypen Der Datentyp legt fest, welche Art von Information als Parameter übergeben wird. Datentypen sind innerhalb eines Programmes nicht nur für die Parameterübergabe notwendig, sie werden auch zur Speicherung von Zuständen eines Objektes und zur Bearbeitung von Daten benötigt. In Java unterscheidet man zwischen primitiven Typen und Objekttypen. Primitive Typen werden direkt in die Variablen gespeichert Primitive Typen Typname Beschreibung Beispiele ganze Zahlen byte ganze Zahl in 8 Bit 24 5 short ganze Zahl in 16 Bit int ganze Zahl in 32 Bit long ganze Zahl in 64 Bit L Gleitkommazahlen float einfache Fließkommazahl in 32 Bit F double doppelte Fließkommazahl in 64 Bit e5 andere Typen char ein einzelnes Zeichen 'a' '?' '\u00f6' boolean ein boolscher Wert (wahr oder falsch) true false Objekttypen Objekttypen werden als Referenz (oder Zeiger) auf Objekte gespeichert. Der wichtigste Vertreter aus den Objekttypen ist der Datentyp string. Weitere Objekttypen werden wir im Laufe des Kurses kennenlernen. 1.6 Zustand Die Menge der momentanen Werte die ein Objekt definieren wird auch als der Zustand eines Objektes bezeichnet. Mit BlueJ kann der Zustand eines Objektes genauer untersucht werden, indem der Eintrag inspizieren aus dem Kontextmenü des Objektes ausgewählt wird. Wird ein Objekt auf diese Weise untersucht, so öffnet sich ein neues Fenster. Dieses Fenster nennt man den Objektinspektor. H.Stadtmüller 2005 Seite 4

5 Aufgabe 1. Erzeuge zwei Objekte der Klasse Kreis. Öffne für diese Objekte den Objektinspektor. Rufe dann einige Methoden der Objektes auf und betrachte die Veränderungen im Objektinspektor. Wie wirken sich die Methodenaufrufe auf die Anzahl der Werte und deren Inhalt aus? 1.7 Das Innenleben eines Objektes Oben haben wir gesehen, dass verschiedene Objekte der gleichen Klasse auch die gleichen Datenfelder haben. Das heißt, Anzahl, Typen und Namen der Datenfelder sind gleich, unterschiedlich sind nur die Inhalte. Demgegenüber haben Objekte verschiedener Klassen auch unterschiedliche Datenfelder. Dies ist deshalb so, da die Datenfelder nicht in einem Objekt sondern in der Klasse definiert werden. So definiert die Klasse Kreis, dass jedes Objekt dieser Klasse fünf Datenfelder hat, und zwar durchmesser, xposition, yposition, farbe und istsichtbar. Wird nun ein Objekt der Klasse Kreis erzeugt, dann hat dieses Objekt automatisch diese fünf Datenfelder. Die Werte werden in der Instanz gespeichert und sind nach außen vollständig gekapselt. Das gleiche gilt für die Methoden. Die Methoden werden in der Klasse definiert. Folglich haben alle Objekte der gleichen Klasse die gleichen Methoden. Die Methoden werden aber an einer konkreten Instanz aufgerufen. Somit ist es eindeutig, welches Objekt mit der aufgerufenen Methode seinen Zustand ändert. 1.8 Der Quelltext Den Quelltext einer Klasse erhält man, wenn man aus dem Kontextmenü der Klasse den Menüpunkt bearbeiten wählt. Der Quelltext ist in der Progarmmiersprache Java formuliert. Er definiert, welche Datenfelder und Methoden eine Klasse hat und legt exakt fest, was passiert, wenn eine Methode der Klasse aufgerufen wird. In den nächsten Kapiteln werden wir ausführlich auf den Inhalt dieses Quelltextes und seiner Struktur eingehen. Wenn man im Quelltext eine Änderung vornimmt, dann erscheint das Symbol der Klasse im Diagramm gestreift. Die Klasse muss nun neu übersetzt werden. Dies geschieht mit Hilfe des Buttons Übersetzen. Sobald die Klasse übersetzt ist, kann man wieder Objekte dieser Klasse erzeugen. H.Stadtmüller 2005 Seite 5

6 1.8.1 Vereinbarungen Für das weitere Arbeiten ist es sinnvoll, einige Konventionen bezüglich des Quelltextes festzulegen. Wir haben bereits festgelegt, dass Klassennamen mit Großbuchstaben beginnen, Objektenamen mit Kleinbuchstaben. Bezeichnungen für Daten sollen sogenannte sprechende Namen erhalten, die sich aus direkt aneinander angefügten Wörtern zusammensetzen, wobei das erste Wort mit einem Kleinbuchstaben beginnt, alle andern mit einem Großbuchstaben. Wir haben schon mehrfach Eingabedialoge benutzt. Diese werden von BlueJ direkt während der Laufzeit aus dem Quelltext kreiert. Aufgabe 1. Betrachten wir einmal die Methode farbeaendern(string neufarbe). Rufen wir sie auf, wird ein Dialogfenster geöffnet. Vergleichen wir sein Erscheinungsbild mit dem Quelltext der Klasse Kreis, so lassen sich Gemein samkeiten erkennen. Aufgabe 2. Überprüfe diese Gemeinsamkeiten auch an anderen Methoden, die ein Dialogfenster erzeugen. Wir vereinbaren, dass allen Methoden ein Kommentar vorangestellt wird, der mit der leeren Zeile /** beginnt, jede weitere Zeile mit einem * beginnt und das Ende des Kommentars aus der Zeile */ besteht. In diesem Kommentar muss eine Anweisung stehen, welche Eingaben erwartet werden, und was diese Eingaben bewirken. 1.9 Objektinteraktionen Können Objekte mit anderen Objekten interagieren? Diese Frage wollen wir anhand einer einfachen Übung klären. H.Stadtmüller 2005 Seite 6

7 Öffne hierzu das Projekt Kreisfiguren. Es enthält die dir schon bekannten Klassen Kreis und Leinwand und erzeuge gleich ein Objekt der Klasse Kreis mit dem Namen kreis1. Öffne das Kontextmenü des Objektes kreis1 um zu erfahren, welche Methoden dieses Objekt kennt. Von diesem Objekt aus, wollen wir nun eine neue Klasse Ring schaffen, die einen Kreisring auf der Zeichenfläche darstellt. Mathematisch gesehen besteht ein Kreisring aus zwei konzentrischen Kreisen mit verschiedenen Durchmessern. Wir erzeugen nun eine neue Klasse mit dem Klassennamen Ring. Diese Klasse wollen wir nun im Folgenden modellieren, indem wir ihr Methoden hinzufügen und ihre Daten anpassen. Wir bearbeiten hierzu zuerst einmal den Quelltext der Klasse Ring. BlueJ hat bei der Erzeugung der Klasse ein Grundgerüst vordefiniert, das wir nun als erstes auf unsere Bedürfnisse anpassen. Lösche alle nicht benötigten Bestandteile des Quelltextes, bis nebenstehendes Aussehen erreicht ist. H.Stadtmüller 2005 Seite 7

8 Wir müssen nun als nächstes die Instanzvariablen definieren. Für eine einfachste Version des Kreisrings benötigen wir den äußeren Durchmesser, die Dicke des Rings und die beiden Kreise. Füge die entsprechenden Deklarationen der Instanz variablen in den Quelltext ein, so wie sie obenstehend dargestellt sind. Speichere dann die Klasse. Das Klassendiagramm hat sich auch verändert, die beiden Klassen Ring und Kreis sind durch einen Pfeil miteinander verbunden worden. Wir werden nun das bisher leere Gerüst des Konstruktors bearbeiten. Hierbei weisen wir den beiden Variablen sinnvolle Werte zu und erzeugen zwei Objekte der Klasse Kreis. Übersetze das Programm in diesem Zustand, erzeuge eine Instanz der Klasse Ring und informiere dich über den Zustand dieses Objektes. Der schon bekannte Objektinspektor des Objektes ring1 zeigt nun neben den beiden Integerwerten die erzeugten Objekte aussenkreis und innenkreis. In deren Feld steht anstelle eins Wertes ein abgeknickter Pfeil. Klickt man auf eine Zeile, die ein Objekt darstellt, so wird rechts der Schalter inspiziere aktiv. Ein Klick auf diesen liefert den Zustand des entsprechenden Objektes. Die Zustände der beiden Objekte aussenkreis und innenkreis sind untenstehend wiedergegeben. Sie entsprechen dem durch den Konstruktor der Klasse Kreis vorge gebenen Initialisierungszuständen. Um zu sehen, wie sich die Darstellung auswirkt, werden wir als nächstes für die Klasse Ring eine Methode zeichnen() schreiben. Hierbei greifen wir auf die schon für die Klasse Kreis definierten Methoden zurück. Wir machen zuerst den entsprechenden Kreis sichtbar, und zeichnen ihn dann. Der Aufruf dieser Methoden muss in der Form Objektname.Methodennamen(Parameterliste) erfolgen. Füge also in den Quelltext eine H.Stadtmüller 2005 Seite 8

9 neue Methode wie obenstehend wiedergegeben ein. Übersetzte dann die Klasse Ring und erzeuge eine Instanz ring1 dieser Klasse. Rufe dann im Kontextmenü dieser Instanz die Methode zeichnen auf. Entgegen der Erwartung wird jedoch kein Ring dargestellt. Betrachten wir nochmals den Zustand des Objektes ring1 und seiner beiden Objekte aussenkreis und innenkreis so wird auch klar, warum dies so ist. Beide Objekte der Klasse Kreis sind gleich groß, haben die gleiche Farbe und werden an der gleichen Stelle positioniert. Ändere dies durch geeignete Änderung des Zustandes der beiden Objekte aussenkreis und P(x/y) innenkreis im Konstruktor der Klasse Ring. Beachte, dass die Methode zeichnen() der Klasse Kreis einen Kreis zeichnet, der entsprechend nebenstehender Darstellung innerhalb eines Quadrates liegt, dessen linke obere Ecke als Positionsangabe des Objektes benutzt wird. Es sind also zusätzlich die Position, die Farbe sowie die Größe des Objektes zu ändern. Als mögliche Lösung ergibt sich nachfolgender Ausschnitt aus dem Quellcode der Klasse Ring. Das erzeugte Objekt liefert dann als Darstellung auf der Zeichenfläche nebenstehendes Bild. Aufgabe 1 Füge weitere Methoden entsprechend den Methoden der Klasse Kreis ein, die es gestatten, das Objekt der Klasse Ring sichtbar zu machen, zu löschen, horizontal oder vertikal zu bewegen, seine Farbe zu ändern. Aufgabe 2 Schreibe eine neuen Klasse Ringe, die 5 rote konzentrische Ringe liefert, die jeweils die gleiche Dicke haben und jeweils von einem weißen Ring der gleichen Dicke unterbrochen sind. Der innere weiße Ring soll einen Radius vom Wert der Dicke haben. H.Stadtmüller 2005 Seite 9

10 Aufgabe 3 Öffne das Projekt Haus. Es besteht aus den dir schon bekannten Klassen Quadrat, Dreieck und Leinwand, sowie der neuen Klasse Rechteck entsprechend nebenstehender Darstellung. Informiere dich für den weiteren Vorgang zuerst einmal über alle Methoden der hier vorhandenen Klassen. Benutze hierzu aus der Menüleiste den Menüpunkt Werkzeuge und dort Dokumenation erzeugen. Hierdurch wird im Projektverzeichnis ein Unterverzeichnis doc erstellt und darin neben diversen Style Dateien auch für jede Klasse eine entsprechende HTML Datei erstellt. Du kannst die gesamte Dokumentation dann in einem Browser anschauen,indem du in diesem Browser die Datei index.html startest. Benutze diesen Punkt nach einer Änderung des Quelltextes, damit die Dokumentation immer aktuell ist. Erstelle mit Hilfe der vorhandenen Klassen ein Haus entsprechend nebenstehender Darstellung. Das Haus besteht damit aus einem Dach, einer Wand, einem Kamin, einem Fenster und einer Tür. Als Parameter für die Position des Hauses ist die linke untere Hausecke festgelegt. Folgende Werte sind einzuhalten: Wandbreite: 200, Wandhöhe 80, Türbreite 40, Türhöhe 60, Fensterbreite 40, Fensterhöhe 40, Kaminbreite 20, Kaminhöhe 60, Dachbreite 220 und Dachhöhe 60. Aufgabe 4 Entsprechend der Aufgabe 3 ist ein Objekt Tanne und ein Objekt Baum zu erzeugen. Benutze hierzu das Projekt Baueme. Beachte die Baumhöhe mit 200, die Stammhöhe mit 60, Stammbreite mit 10. Als Parameter sind jeweils die Stammmitte unten zu wählen. Orienteier dich als eine mögliche Lösung an nebenstehender Abbildung. Aufgabe 5 Nun soll ein neues Projekt mit dem Namen Landschaft erstellt werden. Hier soll ein Haus, 2 Tannen und ein Baum sowie eine Sonne dargestellt werden. Die Landschaft soll die Methoden Sonnenuntergang enthalten. Hierbei soll die Sonne langsam senkrecht bis unter den Horizont sinken. Zur Vereinfachung soll der Horzont mit der Grundlinie des Hauses und der Bäume übereinstimmen. Füge hierzu einfach in das leere Projekt Landschaft die entsprechenden benötigten Klassen aus den anderen Projekten ein. Aufgabe 6 Erstelle eine Klasse Auto entsprechend nachstehender Skizze. Das Auto soll die Methoden anhalten, fahren, beschleunigen und bremsen besitzen. Es verfügt desweiteren über die Eigenschaften Farbe, Ort x und y sowie die Geschwindigkeit v. H.Stadtmüller 2005 Seite 10