Objektorientierte Softwareentwicklung heißt:

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1 Inhalt: Oose- Einstieg Objekte ohne Methoden Objekte mit einfachen Methoden Objekte und Methoden mit Parametern Objekte und Methoden mit Rückgabewert Konstruktoren Beziehungen zwischen Objekten I Beziehungen zwischen Objekten II Übersicht Beziehungstypen Vererbung Sequenzdiagramme mit UML Anwendungsfalldiagramm (UML) Datenbankanbindung Softwareentwicklung und Wasserfallmodell Version

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3 Objektorientierte Softwareentwicklung heißt: Systematischer Programmentwurf in mehreren Schritten (OOA,OOD,OOP,OOT) Die Welt wird mit Objekten/Klassen beschrieben, welche bestimmte Eigenschaften und Fähigkeiten haben. Die Objekte/Klassen stehen dabei miteinander in Beziehung und interagieren.

4 OOA Objektorientierte Analyse OOD Objektorientiertes Design OOP Objektorientierte Programmierung OOT Objektorientierter Test

5 OOA Objektorientierte Analyse Analyse des Problems WAS soll das Programm tun? grundsätzliche Strukturen werden identifiziert Vorstrukturierung von Klassen- /Objektstrukturen Fragen der technischen Implementierung VÖLLIG vernachlässigt. Ergebnis der OOA : Use-Case- Diagramme, Aktivitätsdiagramme oder (sehr grob gehaltene) Klassendiagramme.

6 OOD Objektorientiertes Design WIE soll das Programm es tun? Ergebnisse der vorigen Schritte werden konkretisiert. Wie werden einzelne Prozesse und Interaktionen realisiert? Wie wird die Datenhaltung realisiert? Wie spielen die einzelnen Schichten (z.b. MVC) zusammen? Aspekte der zu verwendenden Programmiersprache werden relevant (Datentypen; ist Überladung, Mehrfachvererbung möglich?). Als Ergebnis steht ein möglichst konkretes Klassendiagramm. Anmerkung: Die Grenzen zwischen OOA und OOD sind fließend.

7 OOP Objektorientierte Programmierung Umsetzung, d.h. Implementierung der Ergebnisse aus OOA/OOD in Programmcode einer konkreten objektorientierten Programmiersprache.

8 OOT Objektorientierter Test Macht das Programm das, was es soll? Definieren und Durchführen von Testfällen.

9 Objektorientierte Softwareentwicklung 9

10 Problembeschreibung: Sie sind Mitglied einer Entwicklungsabteilung, welche ein Vektorzeichenprogramm entwickeln soll. Sie bekommen den Auftrag die Komponente zur Darstellung von Rechtecken zu entwickelt. Die Software soll objektorientiert sein. 10

11 Wie sehen Beispiel-Rechtecke aus? r1 5 cm r2 3,4 cm 5,24cm 4cm r4 r3 11

12 Welche allgemeinen Eigenschaften hat ein Rechteck? Farbe Seite A (Länge) Seite B (Länge) 12

13 Die allgemeinen Eigenschaften werden in einer so genannten Klasse festgehalten. Klassen werden in UML wie folgt dargestellt: Klassenname Attribute 13

14 Das Objektdiagramm für die konkreten Rechtecke r1 und r2 lautet: 14

15 Überlegen von sinnvollen Datentypen für die Attribute:? 15

16 Wie werden die Attribute umgesetzt? Überlegen geeigneter Datentypen (abhängig von Programmiersprache): Klassenname Attribute mit Datentypen 16

17 Klassen in UML-Darstellung werden wie folgt in JAVA umgesetzt: Datei Rechteck.java: 17

18 Die Objekte werden innerhalb einer anderen Datei (hier Testrechteck.java) erzeugt. Diese Datei und die Datei Rechteck.java müssen im selben Verzeichnis liegen! Hier startet das Programm Objekt erzeugen Objekt mit Werten füllen. 18

19 Überlegen von Testfällen, um zu überprüfen, ob das Programm das macht, was es soll. Für das Beispiel: Ausgabe der Objekteattribute nach Objekterzeugung und Wertezuweisung auf dem Bildschirm. 19

20 public class TestRechteck { public static void main(string[] args) { Rechteck r1 = new Rechteck(); r1.seitea = 5; r1.seiteb = 4; r1.farbe = "blau"; Rechteck r2 = new Rechteck(); r2.seitea = 3.4; r2.seiteb = 5.24; r2.farbe = "lila"; // Ausgabe der Objekte System.out.println("Rechteck r1:"); System.out.println("SeiteA:" + r1.seitea); System.out.println("SeiteB:" + r1.seiteb); System.out.println("Farbe:" + r1.farbe); // Ausgabe der Objekte System.out.println("\nRechteck r2:"); System.out.println("SeiteA:" + r2.seitea); System.out.println("SeiteB:" + r2.seiteb); System.out.println("Farbe:" + r2.farbe); } } 20

21 Objektorientierte Softwareentwicklung 21

22 Bislang ist das Objekt rein passiv. Es können über die Attribute nur Werte zugewiesen bzw. wieder ausgelesen werden. Um den Objekt eigene Funktionalität zu geben müssen Methoden (Operationen, Funktionen) zugefügt werden. 22

23 Das Objekt soll die Fähigkeit gekommen, die Werte seiner Attribute selbst auszugeben. Diese Fähigkeit soll zeigedaten heißen. 23

24 Fähigkeiten werden als Methoden realisiert. Diese erscheinen im Klassendiagramm im unteren Teil aufgelistet. Methoden werden nicht im Objektdiagramm dargestellt. Methodenname 24

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26 Datei Rechteck.java: Zugriff die eigenen Objektattribute. 26

27 Zum Testen wird ein Beispielobjekt erzeugt und die Methode zeigedaten dieses Objektes aufgerufen. Die Objektattribute sollten dann vollständig auf dem Bildschirm erscheinen. 27

28 Datei Testrecheck.java 28

29 Programmcode ausführen Programmcode übersetzen Datei Testrechteck.java: Datei Rechteck.java: 29

30 Objektorientierte Softwareentwicklung 30

31 Bislang werden die Objektattribute durch direkten Zugriff von außen gesetzt. Dies hat den Nachteil, dass das Objekt keine Möglichkeit hat auf fehlerhafte Wertzuweisungen zu reagieren. Zum Setzen der Attribute ist es daher sinnvoll Methoden einzusetzen. Diese können dann ggf. fehlerhafte Wertzuweisungen abfangen. 31

32 Sie Klasse Rechteck soll durch zwei Methoden setzea und setzeb erweitert werden. Diese Methoden sollen die Objektattribute seitea und seiteb setzen und überprüfen, ob die Werte positiv sind. Bei negativen Werten soll eine Fehlermeldung ausgegeben werden. 32

33 ? Wie kann man der Methode einen Wert mitteilen/übergeben? 33

34 Vorüberlegungen: 1. Braucht die Methode Parameter? JA, der Methode muss eine Länge übergeben werden. Der Parameter muss vom Typ double sein, da die Seitenlänge eine Kommazahl sein kann. 34

35 Methodenname Ein Parameter vom Typ double Der Parameter hat den Namen a. Unter diesem Namen kann der Parameter angesprochen werden. 35

36 Test, ob a positiv Setzen den Attributs seitea Auf den übergebenen Wert. Fehlermeldung falls a negativ. 36

37 Beispielobjekt erzeugen und mit setzen- Methoden mit sinnvollen Werten belegen. Objektdaten ausgeben (mit zeigedaten- Methode). Weiterer Testfall: auch Objekt mit sinnlosen Werten erzeugen, um IF-ELSE-Struktur zu testen. 37

38 Objekt erzeugen Objektattribute über die Methoden setzen. Wert negativ. Liefert eine Fehlermeldung. Anmerkung: Die Ausgabe der Objektdaten ist noch zu ergänzen. 38

39 Objektorientierte Softwareentwicklung 39

40 Ein Programm soll ein Rechteckobjekt erzeugen und mit den Methoden setzea und setzeb die Seitenlängen setzen. Nur wenn das Rechteck fehlerfrei d.h. mit positiven Werten für a und b - erzeugt wurde, sollen die Objektdaten auf dem Bildschirm ausgegeben werden. 40

41 Problem: Das Programm, welches das Objekt Rechteck erzeugt, weiß nicht, ob die Attribute korrekt gesetzt wurden. 41

42 Lösung: Die Methoden, welche die Seitenlängen setzen, müssen nach außen mitteilen, ob das Setzen erfolgreich war. Mögliche Antworten sind: Ja Setzen erfolgreich. Nein Setzen nicht erfolgreich. 42

43 Die Funktion hat ein Rückgabewert vom Typ boolean. Wenn die Attribute korrekt gesetzt wurden soll die Methode true zurückgeben, sonst false. 43

44 Rechteck +seitea: double +seiteb: double +farbe: String +setzea(a: double): boolean +setzeb(b: double): boolean Mitteilen des Ergebnis Nach außen. 44

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46 Objektorientierte Softwareentwicklung 46

47 Es soll eine Klasse Messwerte entwickelt werden: Diese Klasse kann bis zu 100 Messewerte verwalten. Die Klasse hat Methoden um einen neuen Messwert hinzuzufügen (alle bisherigen Messwerte sollen erhalten bleiben), alle bislang gespeicherten Messwerte auf dem Bildschirm auszugeben, um den Durchschnitt aller Messwerte zu berechnen. 47

48 Problem: Wie sollen bis zu 100 Werte als Objektattribute verwaltet werden? Lösung 1: Es werden 100 Attribute angelegt. Schlechte Lösung da: Hoher Aufwand 100 Variablen anzulegen! Aufwendige Programmierung, da 100 Attributnamen. Unflexibel, da Programm schwierig zu erweitern, wenn noch mehr Werte verwaltet werden sollen. 48

49 Lösung: es muss ein Array als Attribut verwendet werden, welches die Messwerte speichert. Problem: Das Array weiß nur, wie viele Werte es maximal (100) aufnehmen kann. Es weiß aber nicht, welche Position im Array als nächstes frei ist. Lösung: Das Objekt muss sich merken, welches die nächst freie Position ist. 49

50 Messwerte -werte: double[0..100] -freieposition: int = 0 +werthinzufuegen(double wert): void +zeigeallewerte(): void +berechnedurchschnitt(): double 50

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53 Objektorientierte Softwareentwicklung 53

54 Für ein Autohaus soll eine objektorientierte Software zur Verwaltung von Fahrzeugen und Kunden entwickelt werden. Jedem Auto kann dabei ein Kunde als Besitzer zugeordnet werden (unverkaufte Autos haben keinen offiziellen Besitzer). 54

55 Beispiel: Der Kunde Max Mustermann steht mit einem Opel Baujahr 2010 in Beziehung: 55

56 ? 56

57 Multiplizität Leserichtung des Assoziationsnames Navigierbarkeit besitzt Assoziationsname Rollenname Assoziation Anmerkung: Die Multiplizität sagt aus, mit wie vielen anderen Objekten ein Objekt in Beziehung stehen kann. Die Kardinalität sagt aus, mit wie vielen es wirklich in Beziehung steht (macht also nur in Objektdiagrammen Sinn). 57

58 public class Auto { private String hersteller; private int baujahr; private Kunde Besitzer; public void setzehersteller(string h) { this.hersteller=h; } public void setzebaujahr(int j) { this.baujahr=j; } public class Kunde { private String vorname; private String nachname; public void setzevorname(string v) { this.nachname=v; } public void setzenachname(string n) { this.nachname=n; } public void setzebesitzer(kunde b) { this.besitzer=b; } } Anmerkung: welche Auswirkung hätte die Multiplizität 1 statt 0..1 für die Umsetzung? } 58

59 public class test { public static void main(string[] args) { // Kunde erzeugen Kunde k1 = new Kunde(); k1.setzevorname("max"); k1.setzenachname("mustermann"); // Auto erzeugen Auto a1 = new Auto(); a1.setzehersteller("opel"); a1.setzebaujahr(2010); // Dem Auto einen Kunden zuordnen a1.setzebesitzer(k1); } } 59

60 Objektorientierte Softwareentwicklung 60

61 Es soll eine objektorientierte Software zur Verwaltung von Schülern und Schulklassen entwickelt werden. Sowohl Schüler als auch Schulklassen sollen in der Software als Objekte repräsentiert werden. Die Schulklasse soll sich ihre Schüler merken. Dazu soll diese über eine Methode zum Hinzufügen eines Schülers und eine Methode zum Anzeigen aller Schüler verfügen. 61

62 Testbeispiel-Objektstruktur: k1 : Schulklasse bezeichnung="12foi2" schulform="fos" s1 : Schueler name="simpson" vorname="bart" nummer=1234 s2 : Schueler name="van Houten" vorname="milhouse" nummer=

63 Darstellung eines Schülers: 63

64 Darstellung einer Schulklasse: 64

65 Beziehung zwischen Schulklasse und Schüler? 65

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67 Für die Klasse Schueler gibt es keine Besonderheiten. Sie wird wie gehabt implementiert. 67

68 Problem: Die Klasse Schulklasse muss sich viele Schüler merken. Lösung: Die Klasse Schulklasse merkt sich in einem Array alle Schüler. 68

69 Lösung: Die Klasse Schulklasse merkt sich in einem Array alle Schüler. Dabei ist folgendes zu überlegen: Das Array ist vom Typ Schueler. Das Array muss groß genug sein (hier 31). Das Array muss einen Namen haben (hier: SchülerInKlasse). Das Array wird der Reihe nach aufgefüllt. Die erste Position ist daher die 0, die letzte die 30 (da 31 Einträge). Man muss sich merken, welches die nächste freie Position im Array ist. Alle Plätze davor sind belegt. 69

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71 Array für Schüler Variable für freie Position 31 Schüler in Array einfügen freie Position eins weiter schalten Alle Schüler im Array der Reihe nach ausgeben. 71

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73 Objektorientierte Softwareentwicklung 73

74 Assoziation: Klasse A und B stehen locker in Beziehung. Es ist keine Aussage darüber getroffen wer wen kennt. Assoziation mit Navigierbarkeit (in eine Richtung): Klasse A und B stehen in Beziehung. Dabei kennt / benutzt Klasse A Klasse B. Umsetzung: Referenz auf Klasse B in Klasse A. 74

75 Klasse A und Klasse B stehen in Beziehung. Klasse A kennt / benutzt Klasse B und umgekehrt (Navigierbarkeit geht in beide Richtungen). Umsetzung: Die Klassen referenzieren sich gegenseitig. Klasse A und Klasse B stehen in Beziehung. Klasse A kennt / benutzt Klasse B. Von Klasse B ist Klasse A aber nicht erreichbar (d.h. keine Referenz in diese Richtung). 75

76 Aggregation: Komposition: Aggregationen bzw. Kompositionen sind spezielle Assoziationen, die "Teile/Ganzes"-Beziehung beschreiben. Das "Teil des "Ganzen kann bei der Aggregation auch einzeln existieren, bei der Komposition nur, wenn auch das "Ganze" existiert. Das "Ganze" befindet sich auf der Seite der Raute. Bei der Implementierung werden Aggregationen und Kompositionen häufig nicht anders als normale Assoziationen behandelt. 76

77 Beispiel für eine Aggregation: Die Räder sind Teil von einem Auto und können auch ohne das Auto existieren. Beispiel für eine Komposition: Ein Gehirn ist ein Teil von einem Menschen. Ohne den Menschen kann das Gehirn aber nicht existieren. 77

78 Objektorientierte Softwareentwicklung 78

79 Die Aufgabe des Konstruktors ist es bei der Objekterzeugung bestimmte Vorbereitungen zu erledigen (z.b. Variablen mit Startwerten zu belegen), ohne die ein Arbeiten mit dem Objekt nicht möglich ist.

80 Es soll eine Klasse Rechteck entwickelt werden. Bereits bei Objekterzeugung sollen die Seitenlängen gesetzt werden. Es wird ein Konstruktor zum Setzen der Seitenlängen benötigt: 80

81 Konstruktoren werden als spezielle Methoden aufgeführt. 81

82 Implementierung der Klasse Rechteck: Objekterzeugung: Nicht mehr möglich ist jedoch: 82

83 Die Klasse Rechteck soll erweitert werden: Die Objekterzeugung ohne Werteübergabe bei Objekterzeugung soll ermöglich werden. Zusätzlich soll bei Objekterzeugung optional auch das Attribut Farbe gesetzt werden können. 83

84 Es werden mehrere Konstruktoren eingeführt. Diese können wahlweise für die Objekterzeugung verwendet werden. 84

85 Implementierung der Klasse Rechteck: Möglichkeiten der Objekterzeugung: 85

86 Objektorientierte Softwareentwicklung 86

87 Für einen Betrieb ist eine Mitarbeiterverwaltung zu entwickeln. In dem Betrieb gibt es zwei Arten Mitarbeiter: Angestellte und Arbeiter Angestellte erhalten einen Basislohn und eine Provision, während Arbeiter einen Stundenlohn erhalten. 87

88 Angestellte und Arbeiter haben als Mitarbeiter gemeinsame Eigenschaften (Name, Vorname,..) und Methoden. Zusätzlich haben die Mitarbeiter spezielle Eigenschaften und Methoden, die sich voneinander unterscheiden je nachdem, ob die Angestellte oder Arbeiter sind. Idee: Gemeinsamkeiten zusammenfassen und nach Unterschieden spezialisieren. 88

89 Spezialisierung Generalisierung Gemeinsamkeiten Unterschiede Alle Angestellte und Arbeiter haben / erben alle Eigenschaften und Methoden von Mitarbeitern und erweitern diese entsprechend. Erben können jedoch nicht direkt auf geerbte private-attribute zugreifen. Der Zugriff erfolgt über die setzen/liefere-methoden (set/get-methoden). Überlegung: Wie müssen sich die Methoden berechnegehalt und zeigedaten verhalten? 89

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91 private private 91

92 private private 92

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95 Die Klasse, von der geerbt wird, nennt man Oberklasse. Die erbende heißt Unterklasse. Die Methoden zeigedaten und berechnegehalt werden von der Unterklasse überschrieben (override). Dadurch verhalten sich die Methoden von Mitarbeitern unterschiedlich (Angestellter, Arbeiter). Die Möglichkeit des unterschiedlichen Verhaltens eines Mitarbeiters wird Polymorphie (Vielgestaltigkeit) genannt. 95

96 Objektorientierte Softwareentwicklung 96

97 UML Sequenzdiagramme dienen dazu Interaktionen zwischen Objekten darzustellen. Objekte interagieren über Methodenaufrufe miteinander. 97

98 Ein Kunde will an einem Bankautomat Geld abheben. Benötigte Schnittstellen: 98

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100 Mehrfach Geld abheben: 100

101 Nur Geldabheben, wenn erfolgreich im System eingeloggt: 101

102 Entweder Einzahlen oder Auszahlen je nach Kontostand: 102

103 UML Vertiefung 103

104 Das Anwendungsfalldiagramm (Use-Case- Diagram) dient zur Planung eines Softwaresystems (in der OOA-Phase), indem mögliche Akteure (Menschen, Benutzer eines Systems), Anwendungsfälle (Szenarien, wie Akteure das System nutzen) und die Beziehungen dazwischen identifiziert und abgebildet werden.

105 Es soll eine objektorientierte Software für eine Bankfiliale geplant werden. Dazu sind zunächst mögliche Anwendungsfälle, Akteure und Beziehungen zu überlegen.

106 Anwendungsfälle: Geld vom Konto abheben Geld vom Konto einzahlen Konto eröffnen Kredit beantragen Kreditwürdigkeit überprüfen Beratungsgespräche führen Anwendungsfall Akteure: Berater Kunde Akteur

107 Welcher Akteur steht mit welchen Anwendungsfällen in Beziehung? Bankfiliale Geld auf Konto einzahlen Geld vom Konto abheben Konto eröffnen Berater Beratungsgespräche führen Kunde Kredit beantragen? Kreditwürdigkeit überprüfen

108 Es kann sein, dass ein Anwendungsfall einen anderen Anwendungsfall zwingend mit einschließt. Beispiel: Wenn ein Kredit beantragt wird, muss zwingend die Kreditwürdigkeit des Kunden überprüft werden.

109 Bankfiliale Konto eröffnen Berater Beratungsgespräche führen Kunde Kredit beantragen <<include>> Kreditwürdigkeit überprüfen

110 Wenn ein Konto eröffnet wird kann es sein, dass auch ein Beratungsgespräch notwendig wird, wenn z.b. noch Unklarheiten vorhanden sind. Ebenso kann ein Beratungsgespräch für die Kredit vergabe notwendig sein, wenn z.b. die Kreditwürdigkeit Probleme bereitet. Die Anwendungsfälle Konto eröffnen und Kredit beantragen machen also nur unter einer bestimmten Bedingung ein Gespräch notwendig.

111 Bankfiliale Konto eröffnen <<extend>> condition: {Fragen offen} Beratungsgespräche führen Berater condition: {Problem bei Keditwürdigkeit} <<extend>> Kunde Kredit beantragen <<include>> Kreditwürdigkeit überprüfen

112 Ein Anwendungsfall kann durch mehrere Anwendungsfälle erweitert werden. Dann werden Extension Points definiert und der erweitere Anwendungsfall erhält eine Liste mit Extension points.

113 Bankfiliale Beratungsgespräche führen Besondere Konditionen aushandeln condition: {Problem bei Keditwürdigkeit} extension point: Problemkunde <<extend>> <<extend>> condition: {besonders Kreditwürdig} extension point: Premiumkunde Kredit beantragen Extension points: Problemkunde Premiumkunde

114 Oft ist es sinnvoll Anwendungsfälle weiter zu verfeinern (spezialisieren). So könnte es einen, dass es einen Anwendungsfall Geschäftskonto eröffnen gibt, der alles aus dem Anwendungsfall Konto eröffnen umfasst und zusätzlich weitere Aktionen erfordert. 114

115 Konto eröffnen Generalisierung Geschäftskonto eröffnen Spezialisierung

116 Bankfiliale 1 0..* Beratungsgespräche führen 0..* 1

117 Zusätzlich sollen Filialleiter als Akteur berücksichtigt werden. Diese dürfen alles, was ein Berater darf. Zusätzlich darf er eine Monatsabrechnung für die Filiale erstellen.

118 Bankfiliale Geld vom Konto abheben Geld auf Konto einzahlen Berater Konto eröffnen Beratungsgespräche führen Kredit beantragen Monatsabrechnung erstellen Filialleiter

119 Mit Hilfe eines Anwendungsfalldiagramms werden Anforderungen an das System analysiert und dargestellt (OOA). Basierend auf diesem Diagramm können nun weitere OOA/OOD-Planungsschritte folgen (Klassendiagramme, Sequenzdiagramme). 119

120 Objektorientierte Softwareentwicklung 120

121 Treiber JAVA- Programm JDBC-API Datenbank Installation des MySQL-Treibers: 1. Datei mysql-connector-java bin.jar in das Verzeichnis \lib\ext der Java-Laufzeitumgebung kopieren. 2. Unter Eclipse: Datei mysql-connector-java bin.jar importieren. 121

122 Kommunikation eines JAVA Programms mit einer MySQL-Datenbank: Verbindung aufbauen MySQL-Befehle generieren MySQL-Befehl(e) abschicken MySQL-Befehle ggf. auswerten Verbindung schließen 122

123 Es soll auf eine MySQL-Datenbank mit Namen verwaltung zugegriffen werden. In die Tabelle mitarbeiter sollen Daten eingefügt werden. Aus der Tabelle mitarbeiter sollen alle Datensätze ausgelesen und auf dem Bildschirm angezeigt werden. 123

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127 Objektorientierte Softwareentwicklung 127

128 schrittweise und systematische Vorgehensweise in der Softwareentwicklung Softwareentwicklungsprozess ist in Phasen organisiert jede Phase hat definierte Start- und Endpunkte mit eindeutig definierten Ergebnissen. die Ergebnisse einer Phasen sind bindende Vorgaben für die nächst tiefere Phase ein ( Wasserfall ). Aufwärtslaufen in den Phasen möglich, sofern in der aktuellen Phase etwas schieflaufen sollte, um den Fehler auf der nächsthöheren Stufe beheben zu können. 128

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130 Arbeitsauftrag, Lastenheft Was wird benötigt? Was soll programmiert werden? Umsetzung in eine Programmiersprache (z.b. JAVA) Klassen, Attribute, Methoden, Schnittstellen, Beziehungen, UML Testfälle überlegen, Testen der Umsetzung Alltagsbetrieb der Software, neuer Prozess bei Fehlern oder Erweiterungen notwendig. 130

131 Autor: Christian Frye Version: Datum: Web: Mail: 131