Zugriffsrechte. im gleichen Package. Stilregel: Datenelemente immer private mit zugehörigen get- und set-methoden, wenn nötig.

Transkript

1 Zugriffsrechte SWE-61 Information Hiding (Geheimnisprinzip): Nur die Klassen und die Elemente von Klassen zugreifbar machen, die zur Benutzung vorgesehen sind (Schnittstelle) - z. B. keine Implementierungsdetails. Zugriffsrechte für Klassen: benutzbar class Circles {... im gleichen Package public class Circles {... in jedem Package Zugriffsrechte für Datenelemente und Methoden: benutzbar class Circles { void move (...) {... im gleichen Package public void move (...) {... überall private void move (...) {... in dieser Klasse protected void move (...) {... in dieser, in Unterklassen und im gleichen Package Stilregel: Datenelemente immer private mit zugehörigen get- und set-methoden, wenn nötig. Zugriffsrechte sinnvoll einschränken Erläuterungen dazu Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.2 Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 61

2 Richtlinien zum Entwurf von Klassen SWE Anzahl der Objekte zu einer Klasse: beim Entwurf klären, welcher Fall vorliegt: - beliebig viele: z. B. Circles im Graphikprogramm; Lieferung in der Lagerhaltung - eine feste Anzahl: z. B. 3 Skatspieler mit verschiedenen Rollen - genau eines: z. B. der Motor im Auto, Nelsons Kaffeeladen - keines: z. B. zusammengehörige Klassenmethoden: trigonometrische Funktionen, Java Gently s Text-Klasse. 2. Zusammengehörigkeit: Methoden und Datenelemente einer Klasse gehören eng zusammen; Operationen und Eigenschaften bzw. Zustand einer Sorte von Objekten. 3. Zielorientiert modellieren: Nur die Operationen und Eigenschaften, die in der Anwendung gebraucht werden - nicht alle Operationen und Eigenschaften, die real vorkommen. 4. Information Hiding (Geheimnisprinzip): Nur die Elemente zugreifbar machen, die für die sinnvolle Benutzung nötig sind; enge Schnittstelle (SWE-61). 5. Datenzugriff nur über Methoden: Datenelemente private; get- und set-methoden soweit nötig; festlegen, welche Datenelemente veränderlich sein sollen - explizit durch set-methode oder implizit durch andere Methoden. 6. Objektvariable über den Konstruktor initialisieren; durch Konstruktor-Parameter, wenn sie bei der Objekterzeugung einstellbar sein sollen. Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 62 Einige einfache Regeln beachten Erläuterungen dazu Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 5.1 Prüfen Sie die bisher entworfenen Klassen an diesen Regeln Begründen Sie, weshalb unnötig zugreifbare Elemente von Nachteil sind.

3 Entwurf eines objektorientierten Programms: Nelsons Kaffeeladen In Nelsons Kaffeeladen soll ein Computer-Programm für die Lagerhaltung eingesetzt werden. Nelson verkauft verschiedene Kaffeesorten, z. B. Java, Columbian, Kenyan. Jede Lieferung zu einer bestimmten Sorte hat ein Verfalldatum. Sie wird deshalb nicht mit früheren Lieferungen gemischt. Nelson verkauft jeweils aus der ältesten Sorte zuerst. SWE-63 Beispiel für einen Zustand des Kaffelagers: Datenelemente der Klasse Coffee: Columbian 65 Kenyan Jul May Jun 1998 Name Preis Menge Wiederbestellmenge Lieferungen Anzahl der Lieferungen Java Aug Aug Jul 1998 Datenelemente der Klasse Batch: Menge Verfalldatum Analyse einer Entwicklungsaufgabe lernen Erläuterungen dazu Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.2 Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 63

4 Operationen zu Nelsons Kaffeladen SWE-64 Operationen mit einer Kaffeesorte (Coffee): neue Sorte in das Lager aufnehmen Daten dafür von einer Datei lesen Daten ausgeben Nachbestellen prüfen Preis ändern Lieferung einlagern Kaffee verkaufen überalterte Lieferungen vernichten Operation neue Lieferung von Batch benutzen Operation verkaufen von Batch benutzen Operation prüfe Verfall von Batch benutzen verfügbare Menge anzeigen Operationen mit einer Lieferung (Batch): neue Lieferung Daten dafür von einer Datei lesen Daten ausgeben Menge anzeigen prüfe Verfall verkaufen Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 64 Operationen entwerfen Bedeutung der Operationen erarbeiten Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.2

5 Entwurf der Klassen zu Nelsons Kaffeeladen Zunächst nur Datenelemente und Signaturen der Methoden: SWE-65 public class Batch { Batch (double k, Date d); double available (); boolean sell (double k); void display (); private double instock; // Menge private Date sellbydate;// Verfall public class Coffee { Coffee (String s); // bei interaktiver Eingabe der Daten Coffee (); // zum Einlesen der Daten void preparetostock (BufferedReader in) throws IOException; boolean newbatchin (BufferedReader in) throws IOException; void display (); private String name; // Kaffeesorte private double price; // Graz per kg private double stock; // Menge im lager in kg private double reorder; // Menge, ab der nachbestellt wird, in kg private Batch [] B = new Batch [10]; // die Lieferungen private int batches = 0; // Anzahl der Lieferungen Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 65 Klassendeklaration verfeinern Typen der Datenelemente festlegen Signaturen der Methoden festlegen Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.2 Lesen Sie die Erläuterungen nach. Implementieren Sie das Programm in den Übungen.

6 Datei-Format zu Nelsons Kaffeladen SWE-66 Die Informationen zu Kaffeesorten und -lieferungen werden auf einer Datei gespeichert, so dass daraus die Datenstruktur erzeugt werden kann. Die Datei enthält eine Folge von Daten zu einer Kaffeesorte. Darin ist jeweils eine Folge von Lieferungsdaten enthalten. Wir verwenden die Sentinel-Technik, um das Ende einer Lieferungsfolge zu kennzeichnen. Format: Beispiel: Name der Kaffeesorte Preis Nachbestellgrenze Liefermenge Verfalldatum... 0 Columbian Apr May-97 0 Java May Jul Aug-97 0 Kenyan May-97 0 Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 66 Entwurf eines Datei-Formates Erläuterungen dazu Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.2 Begründen Sie, weshalb nicht der Coffee-Konstruktor die Objektvariablen initialisiert, sondern die Methode preparetostock. Geben Sie dazu an, in welcher Reihenfolge Coffee-Objekte erzeugt werden und wie aus der Eingabe gelesen wird.

7 Formatiert schreiben und lesen SWE-67 Formate sind Objekte zu Klassen aus dem Package java.text. Format-Objekte sind einstellbar. Manche passen sich an landesübliche Schreibweisen an, z. B. Datum, Währung. Beispiel: Datum lesen und schreiben: import java.text.*; import java.util.*; import java.io.*; import javagently.*; // für Formate // für die Klasse Date Locale.setDefault(Locale.GERMANY);// Umstellung auf deutsche Schreibweise DateFormat DF = DateFormat.getDateInstance(); // Format-Objekt erzeugen String s = Text.readString (in); Date d; try { d = DF.parse(s); // DF.parse versucht, s als Datum zu entschlüsseln catch (ParseException e) // das könnte misslingen... { System.out.println ("Eingabefehler bei einem Datum"); d = new Date (); // ersatzweise das Datum von heute System.out.println ("Datum gespeichert: " + DF.format (d)); // d formatiert ausgeben Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 67 Format-Objekte anwenden Erläuterungen am Beispiel Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 7.4, 7.5 Probieren Sie die Ausgabe von Datumsangaben und Währungen für verschiedene Länder aus.

8 Zwischenbilanz: allgemeine Sprachkonzepte SWE-67a Programmausführung Spracheigenschaften übersetzen, interpretieren imperativ, objektorientiert abstrakte Maschine statisch typisiert Variable und Zuweisungen Lebensdauer von Variablen Klassen und Typen Laufzeitkeller Typen, Werte und Operationen Parameterübergabe Klassen und Objekte Terminierung von Schleifen und Rekursion Konversion, implizit und explizit Zahldarstellung, 2er-Komplement Signatur von Funktionen, Methoden Kurzauswertung logischer Formeln Überladene Operatoren und Methoden Ausnahmebehandlung abstrakter Datentyp rekursiv definierte Datentypen allgemeine Konzepte Rekursion Binäre Bäume Ausdrücke in Infix-, Präfix-, Postfix-Form Wörterbücher Algorithmus Sortieren durch Auswahl Iteratoren Algorithmus Binäre Suche Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 67a Bisher gelernte allgemeine Sprachkonzepte bewusst machen Erläuterungen dazu Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt bis 8.2 Wiederholen Sie die genannten Themen.

9 Deklarationen von Klassen mit - Konstruktoren, - Objekt- und Klassenmethoden - Objekt- und Klassenvariablen Variablen: Objekt-, Klassenvariable, Parametervariable, lokale Variable Methoden (Funktionen) Anweisungen: Zuweisung Block if-anweisung for-, while-, do-schleife Aufruf return-, break-anweisung try-block mit Ausnahmebehandlung Eingabe, Ausgabe, Formate Bibliotheken nutzen Zwischenbilanz: Java-Konstrukte Typen: Grundtypen SWE-67b Klassen als Typen von Objektreferenzen Arrays Strings Enumeration Wrapper-Klassen Konversion - für numerische Typen - nach String - von und nach Object überladene Operatoren und Methoden Ausdrücke: Operatoren, Präzedenzen Literale Variable, Konstante Aufrufe Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 67b Bisher gelernte Sprachkonstrukte von Java bewusst machen Erläuterungen dazu Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt bis 8.2 Wiederholen Sie die genannten Themen

10 Lineare Listen SWE-68 Lineare Listen repräsentieren Folgen gleichartiger* Elemente als dynamisch veränderliche Datenstruktur mit linearem Zugriff: Listen werden aus Paaren aufgebaut: (Elementwert, Referenz auf den Rest der Liste) Einfügen eines Elementes: 7 Löschen eines Elementes: (*) Implementierung in Java: nicht notwendig gleichartige Elemente, Elemente sind Objektreferenzen der Klasse Object Eine grundlegende Datenstruktur kennenlernen Konzept und elementare Operationen erläutern Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.3 Wie entfernt man das erste Element einer Liste? Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 68

11 Implementierung linearer Listen SWE-69 Klasse Node für Paare (Element, Rest der Liste): class Node { Node (Object d, Node n) {data = d; link = n; ein Objekt dazu: Object data; Node link; 5 Objektvariable sind von aussen zugänglich (für die ADT-Klasse List, siehe SWE-71) Die vordefinierte Klasse Object umfasst Objektreferenzen beliebiger Klassen Deklaration einer Listenvariable, initialisiert mit einer 1-elementigen Liste: Node list = new Node (new Integer (5), null); Element muß ein Objekt sein, also Wrapper (envelope) für Werte von Grundtypen null: vordefinierter Name für die einzige Referenz, die kein Objekt identifiziert Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 69 Java-Implementierung linearer Listen verstehen Hilfsklasse Node: nur Konstruktor und Objektvariable Elementtyp Object: wie bei allen Behälterklasse, z. B. für Wörterbücher Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.3 Ersetzen Sie in der Deklaration der Klasse BinTree ( Folie 41) den Typ char durch die Klasse Object. Schreiben Sie eine mehrelementige Liste als geschlossenen Ausdruck.

12 Elementare Operationen mit linearen Listen Aufbauen einer Liste in umgekehrter Reihenfolge: Node list = null; for (int i = n; i > 0; i--) list = new Node (new Integer (i), list); Einen Elementwert zahl in der Liste suchen: Integer zahlobj = new Integer (zahl); Node l = list; while (l!= null) { if (l.data.equals (zahlobj)) break; // s.u. (*) l = l.link; String s = ((l == null)? s = " not" : ""); // bedingter Ausdruck System.out.println (zahl + s + " found"); Ein Element d nach dem Paar l einfügen (l sei!= null): l.link = new Node (d, l.link); Ein Paar l mit Vorgänger prev löschen (l, prev seien!= null): prev.link = l.link; Bei allen Operationen die Sonderfälle am Anfang und Ende der Liste beachten! (*) equals ist für die Klasse Object definiert und wird von den Wrapper-Klassen als Wertvergleich spezialisiert. SWE-70 Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 70 Umgang mit linearen Listen lernen Operationen an Bildern verdeutlichen Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.3 Listen von Strings implementieren, E/A dafür und Suchen darin Wie fügt man ein Element VOR einem anderen ein?

13 Abstrakter Datentyp Liste ADT- Operationen für Listen mit verschieblicher Position zum Lesen, Einfügen und Löschen: start prev now aktuelle Position: SWE-71 class List { List(); // Konstruktor public void insert (Object x) // Element x hinter akt. Pos. einfügen { Node newelem = new Node (x, null); // und neues Element wird aktuelle Position if (start == null) // Liste ist leer { start = newelem; now = newelem; else if (now == null) // Position ist außerhalb der Liste, am Anfang einfügen { newelem.link = start; start = newelem; now = newelem; prev = null; else { newelem.link = now.link; now.link = newelem; prev = now; now = newelem; public void remove () { public Object current () { public void succ() { public void reset () { public boolean iseol () { public boolean isempty () { private Node start, prev, now; // Element löschen // Wert des Elementes // Position weitersetzen // Position an den Anfang // ist die Position außerhalb der Liste? // ist die Liste leer? // die 3 lokalen Variablen Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 71 ADT Liste mit Position kennenlernen Abstraktion und Technik erläutern Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.3 Vervollständigen Sie die Implementierung Eine Implementierung ohne die Objektvariable prev wäre auch möglich. Was ist ihr wesentlicher Nachteil?

14 Anwendung des ADT List: Nelsons Kaffeeladen SWE-72 Das Array für die Lieferungen zu jeder Kaffeesorte wird durch ein List-Objekt ersetzt: import List; class Coffee { boolean newbatchin (BufferedReader in) throws IOException {... BatchStock.insert (batch); // gelesene Lieferung einfügen double sell (Double tosell) // eine Menge Kaffee verkaufen {... // die Liste der Lieferungen durchlaufen: for (BatchStock.reset();!BatchStock.isEol(); BatchStock.succ()) { Batch b = (Batch)BatchStock.current(); //... gewünschte Menge aus den Lieferungen entnehmen return tosell;... private List BatchStock = new List (); Ebenso in der Klasse CoffeeShop ein List-Objekt mit den Kaffeesorten einführen. Vorlesung Software-Entwicklung / Folie 72 Den ADT List benutzen lernen Anwendung der Listenoperationen am Beispiel zeigen Judy Bishop: Java lernen, 3.Aufl., Abschnitt 8.4 Vervollständigen Sie das Kaffeeladen-Programm und testen es. Begründen Sie weshalb es einfacher ist, den ADT List anzuwenden als lineare Listen direkt zu programmieren. Zeigen Sie, wo im Programm Objekte an den Typ Object und vom Typ Object an einen anderen angepasst werden.