JAVA und OOP. Modul: Programmierung B-PRG Grundlagen der Programmierung II. Professur für Datenbanken und Informationssysteme (FB 12)

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1 JAVA und OOP Modul: Programmierung B-PRG Professur für Datenbanken und Informationssysteme (FB 12) 1

2 Java 2 - Geschichte Ursprung: Green -Project bei der Firma Sun Microsystems 1991 Entwicklung eines Systems mit folgenden Eigenschaften: hardwareunabhängig möglichst klein Einsatzgebiet: Konsumgeräte, z.b. Umschalter für das Kabelfernsehen basierend auf C++ (objektorientiert) ohne dessen Schwierigkeiten Name: zuerst OAK (Object Application Kernel), später Java Durchbruch: Ende 1995, 1998 dann JAVA 2 2

3 Plattformunabhängigkeit von Java Erinnerung: Übliche Übersetzungsvorgänge bei Programmiersprachen Compiler (bei Modula-2, C usw.): MODULE p; VAR n,i:integer; BEGIN FOR i:=1 TO n DO n:=n*n; END; END p. Programm (Quellcode) Compiler Ausführung Maschinencode Ergebnis Interpreter (bei Basic, Lisp usw.): 10 INPUT n$ 20 FOR i=1 TO PRINT Hi,n$ 40 NEXT Anweisung Nr. i Interpreterer Maschinencode Ausführung Ergebnis Nr. i 3

4 Plattformunabhängigkeit von Java Vorgehensweise bei Java (Java Virtual Machine) Ergebnis Java- Interpreter (i686-cpu) class Dreieck extends GeoObj { double seite,hoehe,alpha; Dreieck(double s, double h, double a) { this.seite=s; this.hoehe=h; this.alpha=a;} double berechneflaeche() { return 0.5*seite*hoehe);} } Java Compiler Java- Interpreter (Power PC) Ergebnis Java Quellcode Java Libraries Java Bytecode (plattformunabhängig) Java- Interpreter (SPARC) Ergebnis 4

5 Dateinamen (Endung) Quellcode auf *.java Compilierter Code auf *.class case sensitive Java unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (auch im Quellcode)! 5

6 Ergebnis Java- Interpreter (i686-cpu) class Dreieck extends GeoObj { double seite,hoehe,alpha; Dreieck(double s, double h, double a) { this.seite=s; this.hoehe=h; this.alpha=a;} double berechneflaeche() { return 0.5*seite*hoehe);} } Java Compiler Java- Interpreter (Power PC) Ergebnis Java Quellcode Java Libraries Java Bytecode (plattformunabhängig) Java- Interpreter (SPARC) Ergebnis HalloWelt.java HalloWelt.class Hallo Welt javac HalloWelt.java java HalloWelt 6

7 Applikationen - Entwicklungsprozess Erster Schritt: Erstellen einer Klasse Hello (in einem Editor) mit dem Namen Hello.java class Hello { public static void main(string args[]) { System.out.println( Hello Students! ); } } Zweiter Schritt: Compilieren des Quellcodes Aufruf: javac Hello.java Ergebnis: autom. Erzeugen des Bytecodes Hello.class Dritter Schritt: Evtl. Ausführen des Programms Aufruf: java Hello Ausgabe: Hello Students! (Ausgeführt wird immer die main-methode!) 7

8 Kommentare in Java In Java gibt es drei Möglichkeiten zur Kommentierung: // Kommentar Alle Zeichen nach dem // werden ignoriert. für normale einzeilige Kommentare. /* Kommentar über mehrere Zeilen */ /** * javadoc-kommentar JDK1.0 * / Alle Zeichen zwischen dem /* und dem */ werden ignoriert. auskommentieren von Programmteilen. Die Schachtelung der Kommentarklammern ist nicht erlaubt. Alle Zeichen zwischen dem /** und dem */ werden ignoriert. für das javadoc-programm des JDK. Mit ihrer Hilfe wird eine einfache Online-Dokumentation erstellt. 8

9 Javadoc Beispiel /** * Returns an Image object that can then be painted on the screen. * The url argument must specify an absolute {@link URL}. The name * argument is a specifier that is relative to the url argument. * <p> * This method always returns immediately, whether or not the * image exists. When this applet attempts to draw the image on * the screen, the data will be loaded. The graphics primitives * that draw the image will incrementally paint on the screen. * url an absolute URL giving the base location of the image name the location of the image, relative to the url argument the image at the specified URL Image */ public Image getimage(url url, String name) { try { return getimage(new URL(url, name)); } } catch (MalformedURLException e) { return null; }

10 Javadoc Homepage: Aufruf (unter dem bin -Ordner des JDK): javadoc [ options ] [ packagenames ] [ sourcefilenames ] [ -subpackages pkg1:pkg2:... ] ] {@inheritdoc}; {@link}; 10

11 Java - API - Dokumentation 11

12 Literatur zu Java Java Homepage Sun: Java Compiler JDK 6 update 14 und Virtuelle Maschine JRE (Version 7 gibt es als Preview):: Java Tutorials: Reading: Thinking in Java 3 von Bruce Eckel!!! 12

13 Java Entwicklungsumgebungen Eine Entwicklungsumgebung (Integrated Development Environment IDE) hilft dem Entwickler beim Erstellen und Debuggen von Programmen. Beispiele für Java Entwicklungsumgebungen: Web Sphere von IBM (basiert auf Eclipse) JBuilder von Borland Sun ONE Studio von Sun Microsystems (basiert auf NetBeans)... und viele mehr! 13

14 Free IDEs Eclipse unter: NetBeans unter: 14

15 Programmstruktur: Klassen, Methoden und Variablen class ClassName { type variablenname = anfangswert; rückgabetype methodenname(type parameter1, ){ } } Ein erstes Beispiel: class Student { int semester; int getsemester() { return semester; } } 15

16 Klassen, Methoden und Variablen Konstruktor: Student() { } Student(int semester) { } Objekt student1 erzeugen: Student student1 = new Student(); Methode aufrufen und Rückgabewert speichern: int semanzahl = student1.getsemester(); 16

17 Was ist Java? Java = Programmiersprache (OO) Virtuelle Maschine Bibliotheken Java- Interpreter (i686-cpu) Ergebnis class Dreieck extends GeoObj { double seite,hoehe,alpha; Dreieck(double s, double h, double a) { this.seite=s; this.hoehe=h; this.alpha=a;} double berechneflaeche() { return 0.5*seite*hoehe);} } Java Compiler Java- Interpreter (Power PC) Ergebnis Java Quellcode Java Libraries Java Bytecode (plattformunabhängig) Java- Interpreter (SPARC) Ergebnis 17

18 Plattformunabhängigkeit von Java Eigenschaften der Java Virtual Machine Die Virtuelle Maschine ist eine Art Universaltranslater. (vgl. mit Raumschiff Enterprise) Der Bytecode ist der Maschinencode der Virtuellen Maschine. von der Virtuellen Maschine direkt ausführbar Die Virtuelle Maschine ist für alle gängigen Systeme verfügbar. (Windows, Solaris, Linux usw.) Die Virtuelle Maschine ist z.b. auch in WWW-Browsern integriert. Einsatz von sog. Applets möglich. 18

19 Teil 2 OO (in Java) Einführung in die Objektorientierung 19

20 Objektorientierung Das Objektmodell beschreibt die Welt als eine Menge interagierender Objekte. 20

21 Kurze Wiederholung von: Klasse Objekt Attribute Methoden Identität eines Objektes Lebenszeit eines Objektes Vererbung 21

22 Klasse Eine Klasse (Typ, Schablone) ist Klasse dient als Bauplan für Abbildung von realen Objekten ( Schablone ) eine Abstraktion auf die für die Programmierung wichtiger Eigenschaften. eine Realisierung eines abstrakten Datentyps (ADT). ein benutzerdefinierter Typ in einer objektorientierten Programmiersprache. eine zur Compilezeit des Programms notwendige Typspezifikation. 22

23 Objekt Ein Objekt (Instanz) ist eine individuelle, benennbare reale oder abstrakte Einheit mit einer wohldefinierten Rolle. eine klar abgrenzbare Einheit mit Merkmalen (Zustand und Verhalten) und einer Identität. eine Ausprägung einer Klasse. eine gekapselte Datenstruktur, die zur Laufzeit des Programms Speicherplatz belegt und die nur über die Operationen der definierten Schnittstelle manipuliert werden kann. 23

24 Beispiele PKW Klasse Objekte (Instanzen) mein Auto dein Auto das Auto mit dem Kennzeichen F-CB 2000 usw. Geometrische Formen ein Kreis mit dem Radius 5 und Mittelpunkt (42,17) eine Pyramide mit Grundfläche 3x4 und Höhe 6 usw. DVD Mr. and Mrs. Smith -DVD King Kong -DVD 24

25 Attribute und Zustand Die Attribute eines Objektes legen die Eigenschaften und Zustände des Objektes fest. Der Zustand eines Objektes ist die Gesamtheit der Attribute eines Objektes plus ihre momentanen Werte. PKW DA-XY 123 F-CB 2000 Typ Farbe km/h 25

26 Methoden Methoden sind auf einem Objekt ausführbare Operationen. werden durch eintreffende Nachrichten ausgelöst. können den Objekt-Zustand verändern. werden innerhalb einer Klasse definiert. Es gibt mehrere Arten von Methoden: Modifikation ändert Zustand Selektion liest Zustand Iteration wiederholte Modifikation oder Selektion Konstruktion kreiert ein Objekt und initialisiert Zustand Destruktion löscht Zustand und zerstört ein Objekt 26

27 Verhalten eines Objektes Das Verhalten eines Objektes sind die Aktionen und Reaktionen des Objektes. wird durch die Methoden der Klasse des Objekts realisiert. wird durch den Aufruf der Methoden verursacht. F-CB 2000 PKW Typ Farbe km/h DA-XY 123 VW Rot 60 BMW Gelb 100 beschleunigen() bremsen() 27

28 Identität eines Objektes Objekte sind mittels Referenz eindeutig identifizierbar. Objekte haben eine Identität und meistens einen oder mehrere Namen bzw. Referenzen. Objekte belegen einen Teil des Speichers. Der Zustand eines Objektes kann sich ändern, nicht seine Identität. Gleicher Zustand (also der gleiche Wert) bedeutet nicht gleiche Identität! Dies ist besonders bei Vergleichsoperationen zu beachten. 28

29 Identität eines Objektes deinauto Referenz 1 keine Referenzen meinauto Referenz 2 Objekt mit zwei Namen und zwei Referenzen Objekt ohne Namen Ein Objekt ohne Namen besitzt zwar eine Identität, ist aber nicht (mehr) erreichbar Garbage Collection. 29

30 Lebenszeit von Objekten Die Lebenszeit eines Objektes ist die Zeit zwischen der Kreierung des Objektes und dem Löschen des Objektes (bzw. der Löschung der letzten Referenz) mit anschließender Garbage Collection. Garbage Collection Java gibt automatisch den Speicher unbenutzter Objekte frei! Das expliziete setzen von Referenzen auf NULL unterstützt die Garbage Collection. Mit System.gc() kann man die Garbage Collection explizit anstoßen. 30

31 Vererbung (Inheritance) in der OOP Die Unterklasse erbt alle Merkmale der Oberklasse und ist ihr damit ähnlich. Sie kann die geerbten Attribute und Methoden unverändert benutzen oder neu definieren (überschreiben). Eine Unterklasse besitzt im Allgemeinen zusätzliche Attribute und Methoden. Sie ist eine Spezialisierung, Konkretisierung oder Erweiterung ihrer Oberklasse. Eine Unterklasse kann selbst wieder Oberklasse sein. Dadurch ergibt sich eine Baumstruktur, die so genannte Vererbungsstruktur oder Klassenhierarchie. Die Vererbung ist transitiv. 31

32 Beispiel für eine Klassenhierarchie (1) Kraftfahrzeug Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen() Kraftfahrzeug ist eine Klasse mit den drei Attributen Typ, Farbe und kmh und den beiden Methoden beschleunigen() und bremsen(). Es gibt aber auch spezielle Kraftfahrzeuge, die ein zusätzliches, gemeinsames Merkmal haben. 32

33 Beispiel für eine Klassenhierarchie (2) Kraftfahrzeug Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen() LKW anhängen() LKW ist eine Unterklasse von Kraftfahrzeug. Sie erbt alle Eigenschaften von ihrer Oberklasse, hat aber die zusätzliche Methode anhängen(). Es gibt auch Kraftfahrzeuge, die keine LKWs sind. 33

34 Beispiel für eine Klassenhierarchie (3) Kraftfahrzeug Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen() Omnibus Stehplätze PKW LKW anhängen() Omnibus, PKW und LKW sind jeweils Unterklassen der Klasse Kraftfahrzeug. LKW hat eine zusätzliche Methode, Omnibus ein zusätzliches Attribut. Die drei Unterklassen erben alle Merkmale der Oberklasse Kraftfahrzeug. Aber es gibt es auch mehrere, verschiedene Arten von PKWs, die besondere Merkmale haben. 34

35 Beispiel für eine Klassenhierarchie (4) Kraftfahrzeug Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen() Omnibus Stehplätze PKW LKW anhängen() Limousine Cabriolet Verdeck öffnen() Cabriolet und Limousine können zusätzliche Methoden bzw. Attribute haben. Beide erben alle Merkmale von PKW und damit auch von Kraftfahrzeug. Eine solche Hierarchie lässt sich beliebig fortsetzen. 35

36 Mehrfach-Vererbung Fahrzeug Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen() Schiff PKW LKW anhängen() Amphibien- Fahrzeug Mehrfach-Vererbung ist in Java nicht möglich! 36