Einführung in die Programmierung Blockkurs Java
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- Georg Braun
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1 Michael Bader Februar 2003
2 Mittwoch Inhaltsübersicht Eigene Klassen definieren Vererbung Abstrakte Klassen Schnittstellen Polymorphismus Designbeispiele: Java-AWT Strings in Java Funktionen und Funktionsplotter
3 Eigene Klassen definieren Definition: A class is a blueprint that defines the variables and the methods common to all objects of a certain kind. Variablen: Membervariablen (Objektvariablen) sind einem Objekt zugeordnet statische Variablen sind der gesamten Klasse zugeordnet Methoden: Objektmethoden sind einem Objekt zugeordnet Klassenmethoden (statische Methoden) sind der gesamten Klasse zugeordnet kein this
4 Klassendefinition in Java Beispiel: Polynomfunktionen public class Polynomial { private double[] coeff; // Membervariable für Koeffizienten public final static int maxgrad = 100; // Klassenvariable public Polynomial(double[] coeff) { this.coeff = (double[]) coeff.clone(); public double value(double x) { /* Objektmethode: Funktionswert an der Stelle x */ public static Polynomial id() { /* Klassenmethode: liefert Funktion f(x)=x */
5 Zugriff auf Klassen- und Objektmethoden Objektmethoden: <objektvariable>.<methode> Klassenmethoden: <klassenname>.<methode> analog für Klassen- und Objektvariablen Beispiel: Polynomfunktionen double[] coeff = {1.0,0.0,1.0; Polynomial a,b; a = Polynomial.id(); b = new Polynomial(coeff); g.drawsting("max. Polynomgrad ist "+Polynomial.maxGrad,0,0); double result = b.value(1.5);
6 Was ist Vererbung? Vererbung: Klasse kann Eigenschaften einer Oberklasse übernehmen Ziele: Wiederverwendung existierender (funktionierender, fehlerfreier) Klassen definiere generisches Verhalten in einer Oberklasse, das dann von verschiedenen (verwandten) Klassen geerbt werden kann Beispiel: Applets Java stellt generische Applet-Klasse zur Verfügung Programmierer erweitert generische Klasse um spezifisches Verhalten. implementiert generische Methoden (init(), paint(), etc.)
7 Vererbung in Java Syntax: class UnterKlasse extends Oberklasse {... Unterklasse erbt: alle Objekt- und Klassenvariablen alle Objekt- und Klassenmethoden Einschränkungen: Ableitung nur von einer einzigen Klasse (Ausnahme: Schnittstellen) nur auf public- und protected-variablen der Oberklasse zugreifbar. nur public- und protected-methoden der Oberklasse aufrufbar. Sichtbarkeitseinschränkungen bleiben erhalten (keine private Vererbung )
8 Vererbung Beispiel: Applets Applet für Funktionsplot: Über verschiedene Buttons sollen alternativ Plots einer Polynomfunktion, deren Ableitung oder deren Integralfunktion angezeigt werden: public class FunctionPlot extends Applet { Polynomial fun; // zu plottendes Polynom Canvas display; // Canvas auf dem geplottet wird Button plotfunktion; Button plotableitung; Button plotintegral; public void init() { /*... */ public void paint(graphics g) { /*... */
9 Vererbung vs. Komposition Vererbung: ist-ein(e)-beziehung Beispiel: FunctionPlot ist ein Applet übernimmt komplettes Verhalten fügt Methoden zum Initialisieren und zur graphischen Ausgabe hinzu Komposition: hat-ein(e)/besteht aus-beziehung Beispiel: FunctionPlot besteht aus Canvas, Button,... Canvas, Button sind Teile des Applets (GUI-Komponenten) Aussage FunctionPlot ist ein Polynomial dagegen nicht sinnvoll Problem: Unterschied ist nicht immer so eindeutig!
10 Was ist Polymorphismus? Variable vom Typ der Oberklasse kann (Referenz auf) Objekt der Unterklasse enthalten Unterklasse kann Methode einer Oberklasse überschreiben, d.h. gleichnamige Methode mit identischer Parameterliste ( keine Überladung!) definieren bei Aufruf einer überschriebenen Methode wird die Implementation gewählt, die dem wahren Typ des Objekts entspricht Auswahl geschieht zur Laufzeit (dynamisch) und unabhängig von der (statischen) Syntax modelliere gemeinsames (aber nicht völlig identisches) Verhalten von Unterklassen
11 Polymorphismus Beispiel Applets: (Implementierung der Methoden weggelassen) public class FunctionPlot extends Applet { /*... */ public void init() { /*... */ public void paint(graphics g) { /*... */ Methoden init() und paint(graphics g) der Klasse Applet werden überschrieben Browser implementiert Ausführen von Applets für Objekte des Typs Applet Browser erzeugt Objekt des Typs FunctionPlot in einer Variablen des Typs Applet Methoden init und paint der Klasse FunctionPlot werden aufgerufen
12 Abstrakte Klassen und Methoden Abstrakte Methode: eine abstrakte Methode hat keine Implementierung, nur ihre Signatur ist festgelegt. Abstrakte Klasse: eine abstrakte Klasse hat mindestens eine abstrakte Methode; es können keine Objekte dieser Klasse erzeugt werden! Beispiel: public abstract class Matrix { /*... Member, etc.... */ abstract double getelem(int i, int j); double frobeniusnorm() { /* Implementierung basierend auf getelem() */
13 Abstrakte Klassen und Polymorphismus Einsatz abstrakter Klassen: Verschiedene Klassen haben gleiches/ähnliches Verhalten, erfordern aber teilweise unterschiedliche Implementierung implementiere Methoden mit identischer Implementierung in abstrakter Oberklasse definiere Methoden mit unterschiedlicher Implementierung als abstrakte Methoden der Oberklasse Implementierung der abstrakten Methoden in den jeweiligen Unterklassen wird erzwungen (sonst keine Objekte erzeugbar) Beispiel: Unterschiedliche Implementierung von Matrizen Frage: Sollten init und paint in Applet abstrakte Methoden sein?
14 Javas Root-Klasse: java.lang.object Jede in Java definierte Klasse ist automatisch Unterklasse von Object extends Object nicht explizit erforderlich Object enthält einige grundlegende Methoden, die von allen Klassen geerbt werden generische Implementierung; muss i.d.r. durch eigene Implementierung überschrieben werden Einige der definierten Methoden: boolean equals(object o): vergleicht zwei Objekte String tostring(): liefert Repräsentation des Objekts als String Object clone(): liefert Kopie des Objekts
15 String und Object.toString() Situation: Zeichenkette bzw. String + Objekt Beispiele: String ausgabe = "Matrix a ist "+a; g.drawstring("vektor b ist "+b,...); Erklärung: Operator + hängt Strings aneinander (Konkatenation) nicht-string-objekte werden mittels tostring() in einen String umgewandelt einfache Datentypen werden von Java in String umgewandelt
16 Schnittstellen Definition: Eine Schnittstelle (in Java) ist eine abstrakte Klasse, die ausschließlich abstrakte Methoden besitzt (insbes. keine Variablen). Einsatz von Schnittstellen: modelliere Verhalten von Klassen, ohne Implementierung festzulegen erzwinge komplette Implementierung der Schnittstellenfunktionen im Verbund mit Polymorphismus: Zugriff von anderen Klassen aus nur über Schnittstellenmethoden mehrfache Vererbung : eine Klasse darf mehrere Schnittstellen imlementieren, darf aber nur von einer einzigen Klasse abgeleitet sein
17 Schnittstellen in Java Schlüsselwort: interface (statt abstract class) Methoden werden nicht extra als abstract deklariert. Beispiel: Funktionen public interface Function { public double value(double x); Schnittstellen gehören wie Klassen in eine eigene Datei, also z.b. Function.java müssen genauso compiliert werden
18 Schnittstellen implementieren: implements Schlüsselwort: implements Beispiel: public class Polynomial implements Function { /*... Implementierug...*/ alle Methoden der Schnittstelle müssen implementiert werden (ansonsten bleibt die Klasse abstrakt) Klasse darf mehrere Schnittstellen implementieren; Syntax: implements Klasse1, Klasse2,...
19 Designbeispiel: Funktionen Wesentliche Methoden (=Verhalten) einer Funktion? Funktionsauswertung Ableitung (nicht alle Funktionen ableitbar) Integration (nicht alle Funktionen integrierbar) weitere? Entscheidung: Beschränkung auf Funktionsaufwertung public interface Function { public double value(double x);
20 Integrierbare und differenzierbare Funktionen Schnittstelle für Differenzierbarkeit public interface Differentiable extends Function { public Function derivative(); Schnittstelle für Integrierbarkeit public interface Integrable extends Function { public Function integral(); Zum Überlegen: Wieso extends Function? eigene Schnittstelle für integrierbare und differenzierbare Funktionen?
21 Designbeispiel 2: Grafische Benutzeroberflächen Situation: Programm wartet auf Benutzereingaben: Tastendrücke, Texteingaben, Mausaktionen, etc. bei Benutzeraktionen erfolgt bestimmte Reaktion seitens des Programms Objektorientierte Modellierung: Components: GUI-Komponenten (TextField, Button,... ) Events: Ereignisse, die von den Komponenten ausgelöst werden (Text eingegeben, Button angeklickt,... ) Listeners: Objekte, die auf Events reagieren (durch den Aufruf spezieller Methoden)
22 Grafische Benutzeroberflächen Components Oberklasse: java.awt.component Unterklassen: TextComponent TextField, TextArea Button, CheckBox Canvas, Label Container, Panel (enthalten weitere Components)... Bemerkung: Applet ist Unterklasse von Panel bzw. Container add(component c) fügt Component c zu Container (Applet!) hinzu
23 Grafische Benutzeroberflächen Events Oberklasse: java.awt.event Unterklassen: (in java.awt.event enthalten) ActionEvent (Button angeklickt, Text eingegeben,... ) WindowEvent (öffnen,schließen,... ) MouseEvent (Klick, Drag&Drop, Bewegung,... ) FocusEvent (Input-Focus erhalten oder abgegeben)... Events werden von Listener-Klassen verarbeitet.
24 Grafische Benutzeroberflächen Listener Listener-Klassen müssen Schnittstellen implementieren! für jede Event-Klasse existiert eine Listener-Schnittstelle Basis-Schnittstelle: EventListener Unter-Schnittstellen: ActionListener verarbeitet ActionEvent WindowListener verarbeitet WindowEvent MouseListener verarbeitet MouseEvent FocusListener verarbeitet FocusEvent...
25 Eventgetriebene Programmierung Laufzeitsystem bzw. Applet/Application: wartet auf Benutzeraktion (Events) veranlasst bei Event Aufruf der enspr. Listenermethode Listenermethoden in den Listener-Schnittstellen definiert Programmierer: programmiert Klasse, die Listener-Schnittstelle implementiert, d.h. programmiert Listenermethoden Listenermethoden enthalten Code der auf spezielle Benutzeringabe reagiert jeder Component muss ihr Listener explizit zugewiesen werden, z.b.: button.addactionlistener(listenerobjekt);
26 Beispiel: Action-Events bei Texteingabe public class TextApplet extends Applet implements ActionListener { TextField einfeld; String eingabe; public void init() { /*... Auszug... */ einfeld = new TextField(20); // erzeugen add(einfeld); // dem Applet hinzufügen einfeld.addactionlistener(this); // Listener zuordnen public void actionperformed(actionevent event) { eingabe = einfeld.gettext(); // Inhalt lesen repaint(); // Applet aktualisieren
27 Projekt: Erweiterter Funktionsplotter Graphische Oberfläche (GUI): drei Buttons: Funktion, Ableitung oder Stammfunktion plotten Canvas zum Plotten einer Funktion eigene Klasse PlotCanvas Reagieren auf Benutzereingabe: Wechsel der zu plottenden Funktion beim Anklicken eines der Buttons implements ActionListener Funktionsauswertung über Schnittstelle: PlotCanvas erhält Objekt vom Typ Function (Schnittstelle) als Parameter mögliche Erweiterung: Benutzer gibt Funktion über TextField ein
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