15. Smalltalk 15.1 Allgemeines 15.2 Klassen, Objekte, Programme 15.3 Nachrichten 15.4 Blöcke 15.5 Metaklassen 15.6 Klasse Object

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1 15. Smalltalk 15.1 Allgemeines 15.2 Klassen, Objekte, Programme 15.3 Nachrichten 15.4 Blöcke 15.5 Metaklassen 15.6 Klasse Object 1

2 Geschichte Erste Version Anfang der 70er-Jahre Autoren: Alan Kay und Adele Goldberg entwickelt am XEROX PARC (Palo Alto Research Center) zusammen mit Maus-, Fenster und Menütechnik erfunden orientierte sich an Simula67 (erste OOP-Sprache) Ziele: Wie kann der Mensch in gewohnter Denkweise mit dem Computer kommunizieren? Stabile Version 1980 => Smalltalk80 Heutige Versionen Kommerziell IBM VisualAge Smalltalk Dolphin Smalltalk Open Source GNU Smalltalk Squeak Smalltalk Pocket Smalltalk 2

3 Besonderheiten Vollständig objektorientiert alle Datentypen sind Klassen (auch Zahlen, Zeichen, Arrays,...) alle Operationen sind Nachrichten (auch +, -,...) alle Ablaufstrukturen sind Nachrichten (if, while,...) Klassen sind ebenfalls Objekte Konstanten, Codestücke, etc. sind ebenfalls Objekte Dynamisch getypt Variablen werden ohne Typ deklariert (z.b. x ) alle Typrüfungen finden zur Laufzeit statt Laufzeitumgebung virtuelle Maschine mit interpretiertem Bytecode (wie in Java) alle Klassen befinden sich in einem einzigen großen "binary image" meist integriert mit Editor, Browser, Debugger Sehr flexibel Methoden können zur Laufzeit hinzugefügt werden Oberklassen können zur Laufzeit geändert werden 3

5 Klassen Keine feste Syntax (Programmteile werden mittels Browser eingegeben) class name Stack superclass Object instance variable names top indexed instance varables class methods new: size ^ (super new: size) initialize instance methods initialize top := -1 push: value top := top + 1. self at: top put: value pop top := top - 1 ^ self at: top + 1 Datenfelder (sind von außen nicht sichtbar) Bedeutet, daß Stack ein Array ist: Stack new: 10 s at: 3 s at: 3 put: "Hallo" Statische Methoden (auf Klasse anwendbar) Nicht-statische Methoden (auf Objekte anwendbar) Sonstiges this => self Es gibt auch Klassenvariablen (class variable names) Alle Methoden sind Funktionen (geben explizit ein Objekt zurück oder self) Klassenmethoden können nicht auf Instanzvariablen zugreifen (d.h. new kann top selbst initialisieren) 5

6 Unterklassen class name NewStack superclass Stack instance variable names empty indexed instance varables instance methods initialize super initialize. empty := true push: value super push: value. empty := false pop x empty iftrue: [ x := nil ] iffalse: [ x := super pop ]. (top = 0) iftrue: [ empty := true ]. ^ x isempty ^ empty Es gibt nur einfache Vererbung. Jede Klasse (außer Object) muß eine Oberklasse haben Object ist die Wurzel der Klassenhierarchie. Sonstiges Felder der Oberklasse sind in Unterklasse sichtbar (entspricht protected) Methoden sind prinzipiell public Geerbte Methoden können in Unterklasse überschrieben werden (mit gleichem Namen und gleicher Parameterliste) 6

7 Objekte Objekte (von Klassen und Arrays) müssen mit new erzeugt werden MyClass new "erzeugt ein Objekt der Klasse MyClass" Stack new: 10 "erzeugt ein Array-Objekt mit 10 Elementen" Variablen enthalten Referenzen auf Objekte Konstanten-Objekte (anders als in Java sind auch Konstanten Objekte!) Zahlen: 3, -1.25, 1.58e-3, 3/7 Zeichen: $a, $+ Strings: 'string', 'can"t' Arrays: #(1 2 3), #('food' 'utilities'), #(9 nine $9 (0 zero $0)) 7

8 Typen Variablen haben keinen statischen Typ x y z Deklaration der Variablen x, y und z ohne statischen Typ x := 3. x hat nun den Wert3... x := 'abc' x hat nun den Wert 'abc' Keine statische Typenprüfung x + y Compiler kann nicht prüfen, ob das korrekt ist Typenprüfung erst zur Laufzeit x + y ok, wenn x und y Zahlen sind falsch, wenn x = 'abc' ('abc' versteht die Nachricht + nicht) ok, wenn Methode + für Klasse String definiert ist 8

9 Programme... werden mittels Browser eingegeben (z.b. Pocket Smalltalk) 9

10 Programme Compilation Methoden werden automatisch in Bytecode übersetzt, sobald man sie editiert hat Alle übersetzten Klassen bilden das "Image" - persistente Datenbank aller Systemklassen und Benutzerklassen - wird automatisch abgespeichert und bei Neustart von Smalltalk wieder geladen Ausführung Eingaben einiger Smalltalk-Anweisungen in ein spezielles Fenster s := Stack new: 100. s push: 3. s push: 7. s push: (s pos) + (s pop) Anweisungen werden interpretativ ausgeführt Virtuelle Maschine wie in Java Garbage Collection 10

12 Arten von Smalltalk-Nachrichten Unäre Nachrichten x factorial stack pop Binäre Nachrichten (Operator: 1-2 nichtalphanumerische Zeichen) i >= j 'Hello', 'World' Schlüsselwort-Nachrichten list add: val list at: 3 put: 'Franz' Nachricht = add: Nachricht = at:put: nach jedem Doppelpunkt wird ein Parameter erwartet 12

13 Abarbeitung von Nachrichten Prioritäten 1. Klammern 2. unäre Nachrichten 3. binäre Nachrichten 4. Schlüsselwort-Nachrichten string at: string size - 1 put: (string at: 1) string at: string size - 1 put: temp1 string at: temp2-1 put: temp1 string at: temp3 put: temp1 result Nachrichten-Kaskaden Unäre Nachrichten: Binäre Nachrichten: Schlüsselwort-Nachrichten: x factorial sqrt x + y * z list add: x; add: y; add: z Nachrichten auf gleicher Prioritätsstufe werden von links nach rechts abgearbeitet 13

15 Blöcke Block Folge von Smalltalk-Ausdrücken (Anweisungen) in eckigen Klammern [ s pop ] Wird nicht ausgeführt, sondern als Text behandelt (z.b. Argument einer Nachricht) Kann später auf Befehl ausgeführt werden Entspricht einer namenlosen Methode Deklaration von Blöcken [ i := file get. j := file get. z := i + j ] Ausführung von Blöcken [... ] value Blockparameter formale Parameter: block := [ :par i := i + (par * par) ] aktuelle Parameter: block value: 3 mehrere Parameter: b := [ :x :y i := (x * x) + (y * y) ]. b value: 1 value: 3 15

16 Ablaufkontrollstrukturen mit Blöcken If-Anweisung (a > b) iftrue: [max := a] iffalse: [max := b] (a > b) liefert Boolean-Objekt obj obj bekommt die Nachricht iftrue:iffalse: mit 2 Blockparametern Alternativ dazu könnte man auch schreiben: max := (a > b) iftrue: [a] iffalse: [b] While-Anweisung [i <= len] whiletrue: [list at: i put: 0. i := i + 1] [i <= len] ist ein Objekt expr vom Typ Block Der Block expr bekommt die Nachricht whiletrue: mit einem Blockparameter b Methode whiletrue - wertet wiederholt den Block self aus - solange das Ergebnis true ist, wird Block b ausgeführt Auswertung der Blöcke im Kontext des Rufers! D.h. Zugriff auf lokale Variablen des Rufers. 16

17 Ablaufkontrollstrukturen mit Blöcken Zählschleife 1 to: 10 do: [ :i sum := sum + i] Integer-Objekt 1 bekommt die Nachricht to:do: mit einem Blockparameter b Ruft wiederholt den Block b auf und übergibt ihm 1, 2,..., 10 als Parameter 10 timesrepeat: [ i := + i ] Integer-Objekt 10 bekommt die Nachricht timesrepeat: mit einem Blockparameter b Ruft 10 mal den Block b auf 17

18 Iteratoren mit Blöcken do: "Zählen von Vokalen in einem String" n n := 0. 'The quick brown fox' do: [ :ch ch isvowel iftrue: [n := n + 1] ] Block wird für jedes Element ch des Strings ausgeführt Beachte: Blöcke können geschachtelt werden select: n n := ('The quick brown fox' select: [ :ch ch isvowel ]) size liefert Collection derselben Art wie der Empfänger, die nur Elemente enthält, für die der Block true ergibt => 'eioo' collect: "Quadrate der Zahlen von 1 bis 5" squares squares := #( ) collect: [ :i i * i] liefert Collection derselben Art wie der Empfänger, wobei auf jedes Element der Collection der Block angewendet wird => #( ) 18

20 Metaklassen Klassen sind in Smalltalk ebenfalls Objekte (einer anderen Klasse) Die Klasse einer Klasse heißt Metaklasse z.b. die Klasse von Integer heißt Integer class Metaklassen-Hierarchie Objekte s1 s2 s3 Klassen Integer Stack Metaklassen Integer class Stack class Metaclass Metaclass class Abgeschlossenes System ohne Ausnahmen: Jede Klasse ist ein Objekt Jedes Objekt gehört zu einer Klasse 20

21 Wozu Metaklassen? Wozu Metaklassen? Damit eine Klasse Datenfelder haben kann (Klassenvariablen, statische Variablen) Damit eine Klasse Methoden haben kann (Klassenmethoden, statische Methoden) Wieso haben nicht alle Klassen dieselbe Metaklasse? Damit jede Klasse andere Klassenmethoden haben kann Array new: 100 Rectangle setdefaultcolor: red 21

22 Metaklassen erben von der Klasse Class Object Behavior Klassen Class Metaclass Object class Behavior class Metaklassen Class class Metaclass class Es gilt: IM(X class) = KM(X) IM(Object) => IM(classes & metaclasses) => KM(classes) IM(Class) => IM(metaclasses) => KM(classes) IM(Metaclass) = KM(metaclasses) IM... Instanzmethode KM... Klassenmethode 22

24 Klasse Object Informationen über Objekte und Klassen x class x iskindof: yclass x ismemberof: yclass x respondsto: msg liefert die Klasse des Objekts x 17 class => Integer x yclass oder Unterklasse davon #(3, 4, 5) iskindof: Collection => true x yclass #(3, 4, 5) ismemberof: Collection => false #(3, 4, 5) ismemberof: Array => true true, wenn x die Nachricht msg versteht 2 respondsto #+ => true Vergleiche x == y x ~~ y x = y x ~ y x isnil Zeigergleichheit (-ungleichheit) #(1 2 3) == #(1 2 3) => false Strukturgleichheit (-ungleichheit) #(1 2 3) = #(1 2 3) => true true, wenn x null ist 24

25 Klasse Object (Fortsetzung) Kopieren x shallowcopy x x shallowcopy x deepcopy x x deepcopy Indizierung Nur anwendbar auf Objekte mit indexed instance variables x at: i x at: i put:val x size x[i] x[i] = val; // Indexüberschreitung bedeutet Laufzeitfehler Größe (die bei new: angegebene Zahl) 25