Inhalt 5 Objektorientierte Grundkonzepte

Transkript

1 1 Inhalt 5 Objektorientierte Grundkonzepte Intuitive Einführung Objekte Klassen Attribute Methoden Botschaften Assoziationen Vorgehensweise Unified Modeling Language (UML).

2 2 4 Objektorientierte Grundkonzepte

3 3 4 Objektorientierte Grundkonzepte Zur Historie Prof. Dr. e. h. Kristen Nygaard * in Oslo, Norwegen Department of Informatics University of Oslo Erfinder der Programmiersprache SIMULA 67, die das Klassenkonzept in die Programmiersprachenwelt einführte (zusammen mit Ole-Johan Dahl) Erfinder der objektorientierten Programmiersprache BETA (zusammen mit B. B. Kristensen, O. L. Madsen, B. Møller- Pedersen).

4 4 Intuitive Einführung Attribute Objektname Attributwerte Paul Abstraktion Geburtsdatum: Einkommen: Stipendium lernen feiern Methoden Beispiel: Modellierung einer Person im Kontext einer Universität

5 5 Intuitive Einführung Klassenname Attribute Student Abstraktion Geburtsdatum: String Einkommen: String lernen feiern Methoden Beispiel: Modellierung einer Klasse Student

6 6 Intuitive Einführung Vererbung

7 7 Intuitive Einführung Polymorphismus

8 8 Intuitive Einführung z.b. Student subjektiver Blickwinkel des Modellierers Begriff Erkennen [N:1] [1:1] z.b. Klasse Student Geburtsdatum Einkommen studieren feiern [1:N] Instanziieren z.b. Phänomen Welt [1:1] (Modell-) (Modell-) Objekt Objekt z.b. z.b. Anna Paul Geburtsdatum: Einkommen: Stipendium Geburtsdatum: Einkommen: Stipendium studieren feiern studieren feiern

9 9 Objekte Objekt: Paul Geburtsdatum: Einkommen: Stipendium lernen feiern Ein Objekt ist allgemein ein Gegenstand des Interesses, insbesondere einer Beobachtung, Untersuchung oder Messung. Objekte können Dinge und Begriffe sein. In der objektorientierten Softwareentwicklung besitzt ein Objekt bestimmte Eigenschaften und reagiert mit einem definierten Verhalten auf seine Umgebung. Außerdem besitzt jedes Objekt eine Identität, die es von allen anderen Objekten unterscheidet. Die Eigenschaften eines Objektes werden durch dessen Attributwerte ausgedrückt, sein Verhalten durch eine Menge von Methoden.

10 10 Klassen Klasse: Student Geburtsdatum: String Einkommen: String lernen feiern Eine Klasse beschreibt eine Sammlung von Objekten mit gleichen Eigenschaften (Attributen), gemeinsamer Funktionalität (Methoden), gemeinsamen Beziehungen zu anderen Objekten und gemeinsamer Semantik.

11 11 Attribute Student Geburtsdatum: String Einkommen: String lernen feiern Attribute: Die Attribute beschreiben die Daten bzw. Eigenschaften einer Klasse. Alle Objekte einer Klasse besitzen dieselben Attribute, jedoch unterschiedliche Attributwerte. (Das bedeutet für die Implementation, dass jedes Objekt Speicherplatz für alle seine Attribute erhalten muss.)

12 12 Methoden Student Geburtsdatum: String Einkommen: String lernen feiern Methode: Eine Methode ist ein Algorithmus, der einem Objekt zugeordnet ist und von diesem abgearbeitet werden kann.

13 13 Quelltext in Java public class Student { /* Attribute */ private String geburtsdatum; private String einkommen; Student Geburtsdatum: String Einkommen: String lernen feiern /* Konstruktor(en) */ public Student() { geburtsdatum = " "; einkommen = "Stipendium"; /* Methoden */ public void lernen(){ public void feiern(){

14 14 Botschaften Objekte kommunizieren untereinander über Nachrichten, die Botschaften genannt werden. Wird an ein Objekt eine Botschaft geschickt, so führt dies zum Aufruf der entsprechenden Methode. Im Beispiel hat die Lehrkraft John dem Studenten Felix die Botschaft lernen gesandt. Auf die Botschaft (bitte) lernen lernen führt ein freundlicher Felix in der Realität die entsprechenden Aktivitäten durch. In der Modellwelt würde ein Objekt Felix mit der Ausführung der gleichnamigen Methode reagieren. Nach absolviertem Lernen sendet Felix eine Vollzugsmeldung an seinen Lehrer. John Geburtsdatum: Einkommen: Gehalt lehren lernen lernen Felix Geburtsdatum: Einkommen: Stipendium lernen feiern

15 15 Botschaftgen Verkapselung, Geheimnisprinzip

16 16 Lehrer in Java mit Array und Vektor 1 class Lehrer{ private String geburtsdatum, einkommen; private Student[] studentenliste; public Lehrer(String gebdat, Student[] studenten) { geburtsdatum = new String(gebdat); einkommen = new String("Gehalt"); studentenliste = studenten; import java.util.vector; class Lehrer{ private String geburtsdatum, einkommen; private Vector<Student> studentenliste; public Lehrer(String gebdat, Vector<Student> studenten) { geburtsdatum = new String(gebdat); einkommen = new String("Gehalt"); studentenliste = studenten;

17 17 Lehrer in Java mit Array und Vektor 2 public void lehren() { int i, j; i = 0; j= studentenliste.length; while (i <j) { studentenliste[i].lernen(); i++; public void lehren() { int i, j; i = 0; j= studentenliste.size(); while (i <j) { studentenliste.elementat(i).lernen(); i++;

18 18 Vererbung 1 Klassen werden in eine Hierarchie eingeordnet, die eine Weiterleitung von Informationen von oben nach unten ermöglicht. Eine Unterklasse verfügt dann über die Eigenschaften und das Verhalten der Oberklasse. Eine Unterklasse erbt die Attribute und Methoden einer Oberklasse

19 19 Vererbung 2 Vorteile der Vererbung + Aufbauend auf existierenden Klassen können leicht neue entwickelt werden + Wiederverwendung wird unterstützt + Adaptierbarkeit ist möglich Nachteile Vererbung folgt nicht dem Prinzip der Datenkapselung

20 20 Vererbung 3

21 21 Abstrakte Klasse 1 Abstrakte Klasse Eine Klasse, zu der keine Objekte existieren können, bezeichnet man als abstrakte Klasse. Konkrete Klasse Wenn zu einer Klasse Objekte erzeugt werden können, bezeichnet man sie als konkrete Klasse.

22 22 Abstrakte Klasse 2 Eine abstrakte Klasse muss Unterklassen haben. Wird zur Beschreibung von Schnittstelle benutzt.

23 23 Polymorphismus und dynamisches Binden Polymorphismus Eine Botschaft ist polymorph, wenn sie bei unterschiedlichen Objekten Methoden aktiviert, die verschiedene Semantiken besitzen Dynamisches Binden Dynamisches oder spätes Binden liegt vor, wenn erst beim Ablauf eines Algorithmus (zur Laufzeit) festgelegt werden kann, welche Methode durch eine Botschaft aktiviert wird.

24 24 Mehrfachvererbung Erbt eine Klasse nur von einer anderen Klasse, so spricht man von Einfachvererbung. Sind es mehrere Klassen, von denen geerbt wird, so bezeichnet man dies als Mehrfachvererbung.

25 25 Vererbung class Student_fuer_Fach1 extends Student { /* extends repäsentiert Vererbung*/ public Student_fuer_Fach1(String gebdat) { super(gebdat); /* Aufruf des Konstruktors der Oberklasse */ public void lernen() { System.out.println( geburtsdatum + " Fach1 beginnt zu lernen! "); System.out.println( geburtsdatum + " Beende das Lernen! "); public void feiern() { System.out.println( geburtsdatum + " Fach1 beginnt zu trinken! "); System.out.println( geburtsdatum + " Beende das Trinken! ");

26 26 Testbeispiel import java.util.vector; class LehrerTestVector { public static void main(string[] args){ Student paul, antje, heike; Lehrer john; Vector<Student> liste = new Vector<Student>(); paul = new Student(" "); antje = new Student_fuer_Fach1(" "); heike = new Student_fuer_Fach2(" "); liste.add(paul); liste.add(antje); liste.add(heike); john = new Lehrer(" ", liste); john.lehren();

27 27 Testergebnis Student beginnt zu lernen! Beende das Lernen! Fach1 beginnt zu lernen! Beende das Lernen! Fach2 beginnt zu lernen! Beende das Lernen! Student beginnt zu feiern! Beende das Feiern! Fach1 beginnt zu trinken! Beende das Trinken! Fach2 beginnt zu tanzen! Beende das Tanzen!

28 28 Botschaften Objekte müssen sich kennen, um Nachrichten austauschen zu können. Zwischen der entsprechenden Klassen muss eine Verbindung über Assoziationen bestehen Assoziationen beschreiben Beziehungen (Verknüpfungen) zwischen Objekten. Sie werden zwischen Klassen formuliert, beziehen sich aber auf die Instanzen (Objekte) dieser Klassen. Beispiel für eine unidirektionale Assoziation:

29 29 Assoziationen Assoziationen beschreiben Beziehungen (Verknüpfungen) zwischen Objekten. Sie werden zwischen Klassen formuliert, beziehen sich aber auf die Instanzen (Objekte) dieser Klassen. Wenn zwischen Klassen eine Assoziation besteht, dann kann zwische den zugehörigen Objekten eine Relation existieren auf Objektebene wären folgende Relationen Für den Lehrer John denkbar

30 30 Assoziationen Assoziationen sind im oo.paradigma mit dem Begriff der Navigierbarkeit verknüpft. - Bei unidirektionalen Assoziationen sind nur Objekte der Quellklasse über die Beziehung informiert. - Bei bidirektionalen Assoziationen sind Objekte der Quellund Zielklasse über die Beziehung informiert. Beispiel für eine bidirektionale Assoziation: - Eine Instanz der Klasse Student kann Botschaften an Instanzen der Klasse Lehrveranstaltung senden. - Eine Instanz der Klasse Lehrveranstaltung kann Botschaften an Instanzen der Klasse Student senden.

31 31 Assoziationen Multiplizitäten (Kardinalitäten) Multiplizitäten geben an, mit wievielen anderen Objekten ein Objekt einer bestimmten Klasse in einer konkreten Beziehung stehen kann bzw. stehen muß. 1 Klasse genau ein Objekt * Klasse kein oder mehrere Objekte 0..1 Klasse optional (kein oder ein Objekt) m..n Klasse mindestens m, höchstens n Objekte

32 32 Assoziationen Rolle: beschreibt welche Funktion ein Objekt in einer Assoziation innehat. z.b.: Geordnete Assoziation: {ordered Der Begriff {ordered macht im Beispiel deutlich, dass die Seminarveranstaltungen bezogen auf jeweils einen Kunden geordnet sind.

33 33 Assoziationen Beispiel für Bedingungen (Restriktionen) an Assoziationen: Mitarbeiter Name Gehalt Position Chef Sekretärin {Chef.Gehalt > Sekretärin.Gehalt Restriktion

34 34 Assoziationen Assoziationsklasse: Assoziation werden eigene Attribute und Operationen zugeordnet kann keine unabhängigen Objekte erzeugen erzeugte Objekte hängen von der Existenz anderer Objekte ab kapseln Informationen, die die Beziehung dieser anderen Objekte beschreiben z.b.: Buchungsobjekte existieren nur in Abhängigkeit von Kunden- und Seminarveranstaltungsobjekten.

35 35 Assoziationen Abgeleitete Assoziationen: sind Assoziationen, die durch andere Assoziationen definiert werden können (redundant). z.b.: abgeleitet

36 36 Assoziationen Beispiel angelehnt an (Coad&Mayfield, 1999) Die regionale Fluggesellschaft MV Charter fliegt mit kleinen Flugzeugen nahegelegene Ziele an. Sie benötigt eine Anwendung zur Planung der Linienflüge und der entsprechenden Reservierungen. Zweck des Systems: Flüge beschreiben Flüge planen Reservierungen vornehmen

37 37 Vorgehensweise Unterschiedliche Vorgehensweisen möglich: Orientierung an den Informationen (Daten) des Systems, Orientierung an der Funktionalität (Verhalten) des Systems, Synthese der beiden Vorgehensweisen. statische Modellierung (Klassendiagramm): - Klassen identifizieren, diskutieren, selektieren und (informal) beschreiben - Assoziationen identifizieren, diskutieren, selektieren - Methoden identifizieren - Attribute identifizieren, diskutieren, selektieren -...(später) dynamische Modellierung: - Szenarien vorbereiten - Sequenzdiagramme entwickeln - (später) Hinweise Eine Vorgehensweise, angelehnt an Rumbaugh.

38 38 Vorgehensweise Anwendungsfalldiagramme gestatten eine Modellierung der Anforderungen an ein System auf abstrakter Basis. Sie erlauben einen Überblick über involvierte Akteure und die Funktionalität eines Systems. System Planer Kundenbetreuer

39 39 Vorgehensweise Hinweise für mögliche Klassen findet man z.b. beim Durchsuchen der Funktionen nach - Rollen und Rollenspielern -Transaktionen -Orten System -Containern - katalogähnlichen Beschreibungen Planer -... Kundenbetreuer

40 40 Vorgehensweise Erst Klassen, dann Assoziationen und Attribute identifizieren Sequenzdiagramme entwickeln Methoden spezifizieren...

41 41 UML Sprache UML (Unified Modeling Language) Familie von graphischen Notationen, die die Beschreibung und Entwicklung von Software-Systemen unterstützen (speziell von Systemen, die nach einer objektorientierten Herangehensweise entwickelt werden). UML ist relativ offener Standard, der durch die OMG (Object Management Group) entwickelt und betreut wird. UML entstand 1997 aus einer Vereinigung vieler objektorientierter graphischer Modellierungssprachen, die sich in den 80er und frühen 90er Jahren entwickelten. Den Notationen liegt ein gemeinsames Metamodell zugrunde. Aktuelle in Bearbeitung befindliche Version: UML 2.6

42 42 Unified Modeling Language (UML). Diagram Structure Diagram Class Diagram Composite Structure Diagram Object Diagram Component Diagram Deployment Diagram Package Diagram Activity Diagram Use Case Diagram Behavior Diagram State Machine Diagram Sequence Diagram Communication Diagram Interaction Diagram Diagrammtypen ab UML 2.0 Interaction Overview Diagram Timing Diagram

43 43 Unified Modeling Language (UML). Ein Sequenzdiagramm beschreibt die Kooperation zwischen Objekten in einem Szenarium sind nicht gedacht und geeignet zur allgemeinen Verhaltensbeschreibung anorder anorderline aproduct acustomer Rückgabe teilnehmendes Objekt Botschaft an sich selbst Botschaft Aktivierungsbalken

44 44 Unified Modeling Language (UML) Aktivierungsbalken sind optional: zeigen, wann ein Objekt aktiv an der Interaction beteiligt ist Rückgaben weglassen, wenn sie nicht zum Verständnis notwendig sind Stil der Interaktion ist erkennbar (z.b. zentrale vs. verteilte Steuerung) horizontale und vertikale Verfeinerung möglich Notationen für teilnehmende Objekte: O Objekt O O/R:C... O:C Objekt O der Klasse C /R:C O/R Objekt O in Rolle R /R :C unbenanntes Objekt der Klasse C

45 45 Unified Modeling Language (UML) synchroner und asynchroner Nachrichtenaustausch modellierbar Beispiel: John Felix:Student Anne Paul John Felix:Student Anne Paul synchrone Variante asynchrone Variante

46 46 Unified Modeling Language (UML) Was kennen wir bisher? Klassenname Attribute Rolle Methoden (Operationen) bidirektionale Assoziation Multiplizitäten Assoziation

47 47 Unified Modeling Language (UML)

48 48 Unified Modeling Language (UML) Eine Aggregation liegt vor, wenn zwischen den Objekten der beteiligten Klassen eine Rangordnung gilt, die sich durch»ist Teil von«bzw.»besteht aus«beschreiben läßt. Man spricht auch vom Ganzen und seinen Teilen von einer Stücklistenstruktur. Eine sehr starke Aggregation wird als Komposition bezeichnet. Die Teile und das Ganze haben die gleiche Lebensdauer (z.b. bei vielen physischen Objekten) Beispiele: Aggregation Komposition

49 49 Unified Modeling Language (UML) a) b) c)

50 50 Unified Modeling Language (UML) a) public class Spiel{ private String farbe; private Würfel würfel; public Spiel() { farbe = "rot"; public String getfarbe(){ return farbe; public void setfarbe(string f){ farbe = f; public Würfel getwürfel(){ return würfel; public void setwürfel(würfel w){ würfel = w; public class Würfel { private String farbe; public Würfel(){ farbe = "rot"; public String getfarbe(){ return farbe; public void setfarbe(string f){ farbe = f; b) public void setfarbe(string f){ farbe = f; if (würfel!= null) würfel.setfarbe(f);

51 51 Unified Modeling Language (UML) c) public class Spiel{ private String farbe; private Würfel würfel; public Spiel() { farbe = "rot"; würfel = new Würfel(); würfel.setfarbe("rot"); public String getfarbe(){ return farbe; public void setfarbe(string f){ farbe = f; würfel.setfarbe(f); public Würfel getwürfel(){ return würfel; public void setwürfel(würfel w){ if (w!= null) würfel = w; public class Würfel { private String farbe; public Würfel(){ farbe = "rot"; public String getfarbe(){ return farbe; public void setfarbe(string f){ farbe = f;

52 52 Unified Modeling Language (UML) Fast jede Klasse benötigt Standardoperationen, die in vielen Klassendiagrammen aus Übersichtlichkeitsgünden weggelassen werden. Create: Erzeugung eines neuen Objektes, ggf. mit Initialisierung. Delete: Löschen eines Objektes. SetAttribute: Erfassen oder Ändern eines Attributwertes. GetAttribute: Lesen eines Attributwertes. von der Analyse Beispiel: zum Design...

53 53 Unified Modeling Language (UML) UML wird in vielen Aktivitäten bei der SW-Entwicklung genutzt, z.b. bei der Analyse, Design, Implementation, beim Forward- und Reverse-Engineering. Die durchgängige Nutzung der Modellierungsmittel hat Vor- und Nachteile. Welche? M. Fowler: three modes in which people use UML: sketch, blueprint, and programming language. - UML as sketch: developers use the UML to help to communicate some aspects of a system...the essence of sketching is selectivity. - UML as blueprint is about completeness (e.g. a detailed design for a programmer to code up) - UML as programming language: UML diagrams are compiled directly to executable code

54 54 Unified Modeling Language (UML) aus einem gezeigten Beispiel zur Analyse:... Umsetzung von Attributen als private Attribute in Java mit entsprechenden Zugriffsmethoden (information hiding), z.b.: public class Linienflug { private Calendar date; public void setdate (Calendar cal) { date = cal; public Calendar getdate() { return(date);......

55 55 Umsetzung von Assoziationen am Beispiel einer 1:* -Assoziation public class Linienflug { private Vector<Reservierung> reservierungen = new Vector<Reservierung>(); public void hinzufügenreservierung (Reservierung r) { reservierungen.add(r); public void entfernenreservierung (Reservierung r) { reservierungen.remove(r); public class Reservierung { private Linienflug linienflug; public void setlinienflug (Linienflug l){ linienflug = l; public Linienflug getlinienflug(){ return linienflug;

56 56 Zusammenfassung Objektorientierte Modellierung in UML hat sich als Standard für die Softwarespezifikation entwickelt Objekte der Realität werden als Klassen modelliert Klassen sind in der Lage, Objekte in der virtuellen zu erzeugen Rechnerwelt Die Eigenschaften von Klassen werden durch Attribute mit Datentypen und die Fähigkeiten durch Methoden spezifiziert Objekte einer Klasse haben die gleichen Methoden und die gleichen Attribute wie die Klasse, die Attribute haben allerdings Werte entsprechend des Datentyps der Klasse Klassen berücksichtigen des Datenkapselungsprinzip Objekte kommunizieren durch Nachrichtenaustausch, der den Aufruf der entsprechenden Methode zur Folge hat Nachrichten sind mit der Absenderinformation versehen, so dass die Rückgabe von Ergebniswerten möglich ist.