Objektorientierte Programmierung OO mit Ada 2005

Transkript

1 Objektorientierte Programmierung mit Ada 2005 Markus Knauß 8. Januar /33

2 Motivation Erstellen Sie ein Programm, mit dem Sie Literaturverweise verwalten können. Die Literaturverweise sollen in einer Bibtex- Datenbank (speziell formatierte Datei) gespeichert werden. Neue Literaturverweis-Typen können einfach hinzugefügt werden. Zusätzliche Funktionen können leicht ergänzt werden. Typ ID title = {Design Patterns -- Elements of Reusable Object-Oriented Software}, author = {Erich Gamma and Richard Helm and Ralph Johnson and John Vlissides}, publisher = {Addison Wesley Longman, Inc.}, year = {1995}, } Schlüssel Wert Element 2/33

3 Anforderungen Verwaltung von Literaturverweisen Speicherung in Bibtex-Datenbank Erweiterbare Literaturverweis-Typen Erweiterbare Funktionalität 3/33

4 Prozedurale Lösung Für die Verwaltung von Literaturverweisung werden dynamische Listen mit Schlüssel-Wert-Paaren verwendet: type Pair_Type is record Key : Unbounded_String; Value : Unbounded_String; end record; type Pairs_Type is array (Natural range <>) of Pair; type Reference_Types (Book, Article, In_Proceedings); type Reference_Type (R_Type : Reference_Types; Max_Values : Natural) is record Ref_Type : Reference_Types := R_Type; ID : Unbounded_String; Values : Pairs_Type (1.. Max_Values); end record; 4/33

5 Prozedurale Lösung Funktionen werden in einem erweiterbaren Vektor gespeichert: type Impl_Ptr_Type is access procedure; type Function_Type is record Hotkey : Character; Title : Unbounded_String; Impl : Impl_Ptr_Type; end record; function "=" (Left : Function_Type; Right : Function_Type) return Boolean; package Function_Vectors is new Ada.Containers.Vector ( Index_Type => Natural, Element_Type => Function_Type, "=" => "="); Functions : Function_Vectors.Vector; 5/33

6 Prozedurale Lösung Laden und Speichern der Bibtex-Datenbank wird wie gewohnt implementiert. Die Routinen für die Steuerung der Anwendung (Menüs, Einund Ausgabe, etc.) werden auf Objekte vom Type Reference_Type und auf das Objekt Functions ausgelegt. Erweiterungen sind folgendermaßen auszuführen: Neue Funktionen werden im Functions-Objekt als Function_Type-Objekt registriert. Ein neuer Literaturverweis-Typ wird in der Reference_Types-Enumeration eingetragen; Routinen für das Laden und die Ein- und Ausgabe werden angepasst. 6/33

7 Prozedurale Lösung Nachteile Es ist nicht festgelegt, welche Einträge in einem Literaturverweis eines bestimmten Typs enthalten sind. Die Information, welche Einträge zu einem Literaturverweis gehören, ist in der Eingabe- und der Lade-Routine doppelt vorhanden. 7/33

8 Objektorientierte Lösung Eine objektorientierte Lösung erlaubt es, festzulegen, wie Literaturverweise eines Typs gestaltet sind. Routinen zu kapseln, die sich auf einen bestimmten Typ beziehen. Zusätzlich kann die erweiterbare Funktionalität eleganter implementiert werden. 8/33

9 Inhalt Objektorientierte Programmierung Objektorientierte Programmierung in Ada 2005 Bibliographer Fazit und Ausblick 9/33

10 Objektorientierte Programmierung Eine Programmiersprache ist objektorientiert, wenn sie zwei Techniken für die Programmierung anbietet: Vererbung Polymorphie 10/33

11 Vererbung Vererbung im objektorientierten Sinne bedeutet, dass zwischen zwei Typen eine Ist-Ein -Beziehung besteht, ein PKW ist zum Beispiel ein Fahrzeug. Vom Erblasser, dem Fahrzeug, gehen Eigenschaften auf den Erben, den PKW, über. Klasse Fahrzeug Geschwindigkeit_Max Vererbung Attribut Der Erblaser bestimmt, welche Eigenschaften vererbt werden. Der Erbe kann die ererbten Eigenschaften nur erweitern. Der Erbe kann an allen Stellen den Erblaser vertreten, denn er Ist- Ein Erblaser. PKW Kraftstoff_Typ Fahrrad Schaltungs_Typ Sowohl der PKW als auch das Fahrrad erben das Attribut Geschwindigkeit_MAX 11/33

12 Polymorphie Polymorphie (Vielgestaltigkeit) bedeutet in der objektorientierten Programmierung, dass sich eine Routine abhängig vom Typ des Objekts, auf das sie angewendet wird, anders verhält. Abhängig vom Typ des aktuellen Objekts ändert sich das Verhalten. Abstrakte Klasse Fahrzeug Geschwindigkeit_Max Typ : String PKW Kraftstoff_Typ Typ : String Abstrakte Routine Fahrrad Schaltungs_Typ Typ : String Abhängig davon, ob das aktuelle Objekt vom Typ PKW oder Fahrrad ist, wird eine andere Typ-Routine ausgeführt. Routine 12/33

13 Inhalt Objektorientierte Programmierung Objektorientierte Programmierung in Ada 2005 Bibliographer Fazit und Ausblick 13/33

14 Vererbung In Ada bedeutet Vererbung die Erweiterung eines Records. Ein record muss ge-tagged werden, um ihn zu erweitern. type Fahrzeug is abstract tagged record Geschwindigkeit_Max : Natural; end record; type Kraftstoff_Typ (Benzin, Diesel, Gas, Elektro); type PKW is new Fahrzeug with record Kraftstoff_Typ : Kraftstoff_Type; end record; type Schaltungs_Type (Nabe, Kette, Keine); type Fahrrad is new Fahrzeug with null record Schaltungs_Typ : Schaltungs_Type; end record; 14/33

15 Polymorphie In Ada bedeutet Polymorphie die Implementierung einer Methode für einen abgeleiteten Typ: function Typ (This : Fahrzeug) return String is abstract; function Typ (This : PKW) return String is begin return "PKW"; end Typ; function Typ (This : Fahrrad) return String is begin return "Fahrrad"; end Typ; 15/33

16 Klassenweite Methoden Soll eine Methode auf Objekte aller erbenden Typen angewendet werden, dann muss der Typ des formalen Parameters als klassenweit definiert werden: function Geschwindigkeit_Max (This : Fahrzeug'Class) return Natural is begin return This.Geschwindigkeit_Max; end Geschwindigkeit; klassenweiter Typ 16/33

17 Fahrzeuge et al. package Fahrzeug is type Object is abstract tagged private; type Object_Ptr is access all Object'Class; function Create return Object_Ptr is abstract; procedure Free (This : in out Object_Ptr); function Geschwindigkeit_Max (This : Object'Class) return Natural; function Typ (This : Object) return String is abstract; private type Object is abstract tagged record Geschwindigkeit_Max : Natural; end record; end Fahrzeug; fahrzeug.ads 17/33

18 Fahrzeuge et al. with Ada.Unchecked_Deallocation; package body Fahrzeug is procedure Free (This : in out Object_Ptr) is procedure Deallocate is new Ada.Unchecked_Deallocation (Object'Class, Object_Ptr); begin Deallocate (This); end Free; function Geschwindigkeit_Max (This : Object'Class) return Natural is begin return This.Geschwindigkeit_Max; end Geschwindigkeit_Max; end Fahrzeug; fahrzeug.adb 18/33

19 Fahrzeuge et al. with Fahrzeug; package PKW is type Object is new Fahrzeug.Object with private; type Kraftstoff_Type is (Benzin, Diesel, Elektro, Gas, LPG); function Create return Fahrzeug.Object_Ptr; overriding function Typ (This : Object) return String; function Kraftstoff (This : Object'Class) return Kraftstoff_Type; private type Object is new Fahrzeug.Object with record Kraftstoff : Kraftstoff_Type; end record; end PKW; pkw.ads 19/33

20 Fahrzeuge et al. package body PKW is function Create return Fahrzeug.Object_Ptr is begin return new Object; end Create; function Typ (This : Object) return String is begin return "PKW"; end Typ; function Kraftstoff (This : Object'Class) return Kraftstoff_Type is begin return This.Kraftstoff; end Kraftstoff; end PKW; pkw.adb Die Implementierung des Pakets Fahrrad (fahrrad.ads und fahrrad.adb) entspricht der Implementierung des Pakets PKW. 20/33

21 Fahrzeuge et al. with Ada.Text_IO; with Fahrzeug; with PKW; with Fahrrad; procedure Fahrzeuge is type Fahrzeuge_Array_Type is array (Natural range <>) of Fahrzeug.Object_Ptr; F : Fahrzeuge_Array_Type := (PKW.Create, Fahrrad.Create); begin for J in F'Range loop Ada.Text_IO.Put_Line (Fahrzeug.Typ (F (J).All)); Fahrzeug.Free (F (J)); end loop; end Fahrzeuge; fahrzeuge.adb 21/33

22 Schnittstellen Wie in Java können so können auch in Ada 2005 Schnittstellen definiert werden. Eine Schnittstelle definiert lediglich Methoden, die von implementierenden Typen realisiert werden müssen. package Printable is type IPrintable is interface; procedure Put (This : IPrintable) is abstract; end Printable; 22/33

23 Implementieren von Schnittstellen Wird eine Schnittstelle von einem Typ implementiert, dann müssen die Routinen, die durch die Schnittstelle definiert sind, für den Typ implementiert werden. Mit Schnittstellen lässt sich Mehrfachvererbung realisieren. with Printable; package PKW is type Object is new Fahrzeug.Object and Printable.IPrintable with record Kraftstoff : Kraftstoff_Type; end record; overriding procedure Put (This : Object); end PKW; 23/33

24 Inhalt Objektorientierte Programmierung Objektorientierte Programmierung in Ada 2005 Bibliographer Fazit und Ausblick 24/33

25 Bibliographer Das Programm Bibliographer realisiert die Eingangs in der Motivation beschriebene Anwendung im objektorientierten Stil. Die Literaturverweis-Typen sind als Tagged-Typen mit Vererbung realisiert. Die Speicher-, Ausgabe- und Eingabe-Routinen sind Polymorph realisiert. Das Hauptmenü ist mit Menü-Objekten realisiert. Den Programmcode finden Sie im Archiv: bibliographer-0.2.tar.gz auf der Softwarequalität- Webseite. 25/33

26 Typ-Struktur (Übersicht in UML) 26/33

27 Erweiterung Bibliographer Ergänzen eines Literaturverweis-Typs: Ableiten eines neuen Medien-Typs Implementieren der Routinen Registrieren des Typs in der Media.Factory Ergänzen einer neuen Funktion: Ableiten eines neuen Menü-Typs Implementieren der Routinen Registrieren des Typs im Hauptmenü 27/33

28 Inhalt Objektorientierte Programmierung Objektorientierte Programmierung in Ada 2005 Bibliographer Fazit und Ausblick 28/33

29 Fazit Objektorientiertes programmieren in Ada fühlt sich anders an als zum Beispiel in Java oder in C++. Methoden und Attribute sind nicht gemeinsamer Teil einer Klasse. Trennung von Typ und Routinen ist gewöhnungsbedürftig. Die explizite Angabe des this-objects ist ungewöhnlich. 29/33

30 Fazit Die Unterscheidung zwischen polymorphen Methoden (Dispatching) und statischen Methoden (class-wide) ist essenziell. Bei der Deklaration eines tagged-typen entstehen eigentlich zwei Typen: der Typ an sich (z.b. Object) und der class-wide- Typ (z.b. Object'Class). Die Unterscheidung zwischen Dispatching und Non-Dispatching Routinen ist das A-und-O der objektorientierten Ada- Programmierung! 30/33

31 Ausblick: Parallele Programmierung Ada bietet von Haus aus Konstrukte und Bibliotheken für die parallele Programmierung. Es ist sehr einfach, einen task zu erstellen, Rendezvous und Synchronisation zwischen tasks zu realisieren (entry, accept, select) sowie Typen zu schützen (protected). Diese Themen füllen aber eine eigene Vorlesung. Wo geht s weiter: J. Barnes: Ada Pearson Education, Ltd., Kap. 18 und Kap /33

32 Aublick: Datenbanken et al. Nahezu jede Programm-Bibliothek kann von Ada aus genutzt werden. Am einfachsten ist die Nutzung von C-Bibliotheken. Ada bietet hierfür die Pakete Interfaces.* an. Mit Hilfe dieser Pakete können Ada-Schnittstellen zu anderen Bibliotheken erstellt werden, die nicht in Ada implementiert sind. Stichwort: Binding Auch dieses Thema füllt eine eigene Vorlesung. 32/33

33 Inhalt Objektorientierte Programmierung Objektorientierte Programmierung in Ada 2005 Bibliographer Fazit und Ausblick 33/33