Überblick. Überblick zum weiteren Inhalt

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1 Überblick 1. Einführung C++ / Entwicklung/ Sprachfamilie 2. Nicht objektorientierte Erweiterungen von C 2.1 Das Ein-/Ausgabekonzept von C Referenzen in C Heap-Allokatoren in C++ 3. Grundlagen des Typkonzepts von C++ 4. Ziele der Objektorientierung 5. Objekt und Klasse, Elementfunktionen (Methoden) 6. Konstruktoren, Copy-Konstruktor, Destruktor und Wertzuweisung 7. Operatoren, Überladen von Operatoren 8. Elementobjekte und Elementobjektkonstruktoren 9. Klassenhierarchien und Vererbung 10. Polymorphie 11. Abstrakte Klassen R. Grossmann, P. Sobe 1 Überblick zum weiteren Inhalt Klassenhierarchie / Definition / Beispiel / Ziele (Vererbung) Klassenhierarchie in C++: - vererbbares und nichtvererbbares Klasseninventar - Aufbau der Klassenhierarchie (Basisklasse-abgeleitete Klasse) - Zugriffsspezifizierer bei Deklaration der Datenelemente Polymorphie in Klassenhierarchien R.Grossmann, P. Sobe 2

2 Generalisierung und Spezialisierung (1) Verschiedene Klassen sind oft in einigen grundlegenden Eigenschaften/Funktionen gleich. Beispielsweise können verschiedene elektr. Bauelemente als Zweipole beschrieben werden. Generalisierung: Ohmscher Widerstand, Diode, Spule usw. sind Zweipole Spezialisierung: Vom Zweipol ausgehend erfolgt eine Spezialisierung als Ohmscher Widerstand durch ein lineares Strom/Spannungs-Verhältnis. als Diode durch eine Sperrfunktion und die Diodenkennlinie als Spule durch einen Induktiven Widerstand und ein phasenabhängiges Strom/Spannungsverhältnis ZP Generalisierung R.Grossmann, P. Sobe 3 Generalisierung und Spezialisierung (2) Gemeinsame Eigenschaften und Funktionen können in einer Basisklasse definiert werden. Eine Spezialisierung erfolgt durch Erzeugung einer neuen abgeleiteten Klasse, die die Eigenschaften und Funktion der Basisklasse erbt. Die abgeleitete Klasse kann Neues hinzufügen zusätzliche Elementobjekte und zusätzliche Methoden Die abgeleitete Klasse kann Methoden und Operationen verändern (überschreiben) Objekte der Basisklasse und abgeleiteter Klassen sind zuweisungskompatibel. R.Grossmann, P. Sobe 4

3 Begriff Klassenhierarchie Definition: Eine Menge von Klassen, deren Elemente durch die Relation Spezialisierung bzw. Generalisierung miteinander in Beziehung gesetzt sind, bezeichnet man als Klassenhierarchie, wenn jede Klasse höchstens eine Basisklasse besitzt. Basisklasse heißt eine Klasse von der durch Spezialisierung eine abgeleitete Klasse gebildet wurde. R.Grossmann, P. Sobe 5 Abgeleitete Klassen in C++ Programmen Abgeleitete Klassen müssen in C++ Programmen durch Angabe ihrer Basisklasse gekennzeichnet werden. Beispiel: class A {... class B : public A{... class C: public B{... class D: public A{... //Basis-Klasse //abgeleitete Klasse und gleich- // zeitig Basis-Klasse für C //abgeleitete Klasse //abgeleitete Klasse R.Grossmann, P. Sobe 6

4 Vererbbares und nichtvererbbares Inventar einer Klasse Alle Datenelemente einer Klasse, sowie alle Methoden mit Ausnahme der unten angegebenen werden an die abgeleitete Klasse vererbt. Nicht vererbt werden prinzipiell: - alle Konstruktoren - der Copy-Konstruktor - der Destruktor - der Zuweisungsoperator = R.Grossmann, P. Sobe 7 Zugriffsspezifizierer in Klassenhierarchien Alle privaten Datenelemente einer Klasse können nur von den Methoden der Klasse benutzt werden. Sollen diese Datenelemente auch von Methoden der abgeleiteten Klassen erreichbar sein, muss anstelle von private der Spezifizierer protected benutzt werden. Veranschaulichung: class myclass : public yourclass { public: myclass(); ~myclass(); // öffentlich für alle anderen Objekte, // auch für abgeleitete Klassen protected: double calculate(); // nicht öffentlich, kann aber von Klasse // selbst und von abgeleiteter Klasse aufgerufen werden private: void internalaction(); // nur von Klasse selbst aufrufbar, kein Zugriff durch // abgeleitete Klassen R.Grossmann, P. Sobe 8

5 Konstruktoren abgeleiteter Klassen Konstruktoren werden nicht vererbt. Konstruktoren abgeleiteter Klassen müssen den Konstruktor der Basisklasse aufrufen, der für die Instanziierung der geerbten Anteile sorgt. Beispiel: class A //Basis-Klasse { private: int i; public: A(int k){i=k;} //Konstruktor class B : public A //abgeleitete Klasse { private: char c; public: B(char s,int j): A(j) {c=s;} // : A(j) ruft Basisklassen-Konstruktor auf R.Grossmann, P. Sobe 9 Elementobjektkonstruktoren in Konstruktoren abgeleiteter Klassen Enthalten abgeleitete Klassen Elementobjekte, so müssen neben dem Konstruktor der Basisklasse auch der Elementobjekt- Konstruktor aufgerufen werden. Beispiel: class A { private: int i; public: A(int k){i=k;} //Basis-Klasse //Konstruktor class B : public A //abgeleitete Klasse { private: char c; A a; //Elementobjekt public: B(char s,int j,int m) //Konstruktor abgl. Klasse : a(m),a(j) {c=s;} // A(j) Basisklassen-Konstruktor // a(m) ist Aufruf Elementobjekt-Konstr. R.Grossmann, P. Sobe 10

6 Elementobjektkonstruktoren in Konstruktoren abgeleiteter Klassen Beachten Sie, dass unabhängig von der Notation die Rufreihenfolge festgelegt ist: 1. Ruf des Konstruktors der Basisklasse 2. Ruf des Elementobjekt-Konstruktors 3. Ruf des Konstruktors der abgeleiteten Klasse Beispiel: class A { //Basis-Klasse class B : public A //abgeleitete Klasse { private: int a, c; public: B(..., int m, int s, ) : a(m),a(j) {c=s;} // zuerst wird A(), dann a() und zuletzt B() ausgeführt R.Grossmann, P.Sobe 11 Grafische Veranschaulichung von Klassen (1) Klassen können untereinander verschiedene Beziehungen eingehen: Klasse B als Elementobjekt von Klasse A allgemein kann eine Klasse viele verschiedene Elementobjekte besitzen, die möglicherweise auch Instanzen verschiedener Klassen sind. Elementobjekte können ebenfalls aus verschiedenen Elementobjekten bestehen. Es ergibt sich eine Hierarchie von Elementen, die die Beziehung enthalten sein in wiederspiegeln. Klasse B als abgeleitete Klasse von A eine Klasse wird typischerweise von einer Basisklasse abgeleitet. Die Basisklasse kann wiederum eine abgeleitete Klasse sein. Es ergibt sich eine Schichtung im Sinne von erbt von. Mehrfachvererbung ist aber auch möglich, d.h. eine Klasse kann von mehreren Basisklassen erben. Klassen können sich über Referenzen assoziieren, d.h. Beziehungen aufbauen, die nicht durch die Elementobjekt-Beziehung abgedeckt ist. Diese Assoziation ist beim Entwurf zu berücksichtigen. Die grafische Darstellung der Hierarchien und Schichtung erfolgt durch Klassendiagramme, die als Teil der UML (Unified Modelling Language) vereinheitlicht wurden. R.Grossmann, P.Sobe 12

7 Grafische Veranschaulichung von Klassen (2) Objektorientierter Entwurf als Schritt, der vor der eigentlichen Programmierung erfolgt UML Einzelne Klasse: Vererbung: Name der Klasse Zweipol Elementobjekte Methoden BerechneU() spezialisiert OhmscherWiderst Diode BerechneU() BerechneU() R.Grossmann, P.Sobe 13 UML Grafische Veranschaulichung von Klassen (3) Komposition (Ganzes enthält Teile) ElektrSchaltung 1 1..* Zweipol Simuliere() BerechneU() Die Komposition durch Pfeil mit ausgefüllter Raute, wobei Teile nicht ohne das Ganze existieren können. In C++ wird die Komposition z.b. durch Elementobjekte realisiert. AM Pfeil sind Multiplizitäten vermerkt Die Aggregation ist ähnlich, wobei Teile auch ohne das Ganze existieren dürfen. Fahrgemeinschaft * Fahrgast Reise() Reise () R.Grossmann, P.Sobe 14

8 UML Grafische Veranschaulichung von Klassen (4) Assoziation eine inhaltliche Beziehung Konto 0.. * 1..* Kunde BucheAb() Kaufe() Klassen können Verweise (Zeiger, Referenzen) auf Objekte verwalten, um inhaltliche Beziehungen zu verwalten. R.Grossmann, P.Sobe 15 Objekte als Parameter (1) C++ erlaubt, Objekte als Parameter von Methoden zu übergeben. Beispiel: Eine Zeichenfläche (canvas), der verschiedene geometrische Objekte übergeben werden. Die Zeichenfläche kann diese Objekte beispielsweise unter Berücksichtigung von 3D- Überdeckungen zeichnen. class geomobj { class canvas { public: public: geomob() { } canvas() { } int register geom_obj(geomobj &o) { } void draw_all() { } int num_vertexes(); int get_vertex( int *x, int *y, int *y); int draw_vertex { } R.Grossmann, P.Sobe 16

9 Objekte als Parameter (2) Bei Übergabe von Objekten an Methoden sind die Mechanismen der Parameterübergabe zu beachten. Bei der Übergabe als Wert würde der Compiler eine lokale Kopie des übergebenen Wertes erzeugen. Dazu wird der Kopierkonstruktor aufgerufen. Dies ist oft nicht wünschenswert (Ressourcenverschwendung, Nebeneffekte). Das bei der Wertübergabe erzeugte Objekt würde wie andere lokale Objekte am Ende der Funktion gelöscht und der zugehörige Destruktor aufgerufen. Das führt i.d.r. zu unerwünschten Wirkungen. Im allgemeinen ist es daher sinnvoll, Objekte als (konstante) Referenz zu übergeben. R.Grossmann, P.Sobe 17 Objekte als Parameter (3) Übergabe von Objekten als Referenz an Methoden: int register geom_obj(geomobj &o) { for (int i=0; i<o.num_vertexes();i++) } o.get_vertex( &geobj[a].v[i].x, &geobj[a].v[i].y, &geobj[a].v[i].z ); besser noch als konstante Referenz: int register geom_obj(const geomobj &o) { R.Grossmann, P.Sobe 18

10 Friend - Klassen Eine Klasse kann eine andere als friend erklären. Damit erlaubt sie der anderen Klasse den Zugriff auf private Elemente und Methoden. class A { private: double wert; public: A(double x) {wert=x;} // Konstruktor friend class B; class B { double calculate( A a) { return a.wert*2.0; } Der friend-mechanismus durchbricht die Datenkapselung und sollte deshalb nur sparsam verwendet werden. R.Grossmann, P.Sobe 19