Folienpaket 7 Themenschwerpunkte: Methoden in OOP /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

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1 Folienpaket 7 Themenschwerpunkte: Methoden in OOP /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

2 Eine Klasse entwerfen Eine Klasse enthält folgende Information: Name der Klasse (ist auch der Dateiname) Deklaration der Attribute (Datentyp plus Variablenname) Deklaration der Methoden (Signatur plus Programmcode) Modifikatoren Ein Objekt oder ein Exemplar oder eine Instanz ist der Wert, den eine Klasse haben kann. Objekte werden mit new erzeugt. Styleguide: Klassen groß schreiben, Objekte/Attribute/Methoden klein /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

3 Ein Beispiel mit Methoden Student.java class Student { int nummer; char geschlecht; String name; byte alter; void neuenummer(int n) { nummer = n; void setzenamen(string s) { name = s; void geburtstag() { alter++; MeinProgramm.java class MeinProgramm { public static void main(string[] args) { Student s = new Student(); s.setzenamen("daniel Haase"); s.geburtstag(); /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

4 Idee der Methode Idee: Objekte bringen Programmcode zu ihrer Verwaltung selbst mit. Eine Methode ist ein benanntes Programmstück, das eine bestimmte Aufgabe zu bestimmten Bedingungen erfüllen soll. Unterschied zum Begriff der Funktion in der Mathematik: Eine Methode stellt keinen funktionalen Zusammenhang zwischen ihrer Ein- und Ausgabe her, sondern führt aktiv Befehle aus. Methoden können Werte berechnen, Attribute des Objekts verändern, neue Objekte erzeugen etc /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

5 Idee der Methode Methoden können innerhalb oder außerhalb des Objekts aufgerufen werden durch den Namen und runde Klammern: Einfacher Aufruf: Objekt.Methodenname(); führt die Methode aus, beispielsweise s.geburtstag(); Aufruf mit Parametern: Objekt.Methodenname(Werte ); führt die Methode mit vorgegebenen Parametern aus, beispielsweise System.out.println( ); mit einem String als Parameter. Aufruf mit Rückgabewerten: Variable = Objekt.Methodenname(); Der Methodenaufruf produziert ein Ergebnis welches in der Variable abgelegt wird. Beispiel: double y = Math.sin(3.142); Falls kein Objekt gegeben ist, sucht Java die Methode in der Klasse bzw. dem Objekt, in dem die Methode aufgerufen wurde /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

6 Beispiel Der Raumvektor erhält eine tostring-methode: class Raumvektor { double x, y, z; // Die Koordinaten public String tostring() { return "(" + x + "," + y + "," + z + ")"; Typischer Aufruf der Methode: Raumvektor v = new Raumvektor(); String s = v.tostring(); System.out.println(s); Idee: Es ist Aufgabe des Vektors, sich selbst auszugeben. Aber es ist Entscheidung des Aufrufers, wo der Ausgabestring hingeht /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

7 Methoden schreiben Der Programmcode einer Klasse wird in Methoden organisiert. Eine Methode besteht aus Der Signatur: Das ist die einleitende Zeile, in der die Eigenschaften der Methode festgelegt werden. Dem Körper oder Rumpf: Hier steht in Mengenklammern der Programmtext der Methode. public double produkt(double a, double b) { double p = a * b; return p; Styleguide: Attribut- und Methodennamen klein wie Variablen /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

8 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode, sie geben an, wie die Methode von außen verwendet werden kann. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Rückgabewert wird mit dem Befehl return gegeben. Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Hauptmethode muss den Namen main bekommen und wird immer als erstes ausgeführt. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Kann auch leer sein, wenn die Methode ohne Parameter arbeitet. Den Körper mit dem Programmtext. Der Programmtext steht in Mengenklammern und darf beliebig lang sein. Diese fünf Bestandteile unbedingt auswendig lernen! /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

9 Methoden schreiben Die folgenden Modifikatoren gibt es in Java: public: Die Methode/Variable ist öffentlich sichtbar, jeder kann sie aufrufen auch außerhalb des Projekts. private: Die Methode/Variable ist nur innerhalb der eigenen Klasse sichtbar. static: Die Methode/Variable ist unabhängig vom Objekt. final: Die Methode/Variable ist nicht veränderbar.... noch viele andere, die wir aber nicht brauchen. Beispiel: final double pi = 3.142; Eine neue Zuweisung pi = 2; im Programm gibt eine Fehlermeldung! /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

10 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. public static void main(string[] args) { System.out.println("Hallo"); /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

11 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. public static void main(string[] args) { System.out.println("Hallo"); Diese Methode ist öffentlich sichtbar und statisch /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

12 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. public static void main(string[] args) { System.out.println("Hallo"); Diese Methode gibt keinen Wert zurück /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

13 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. public static void main(string[] args) { System.out.println("Hallo"); Diese Methode hat den Namen main /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

14 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. public static void main(string[] args) { System.out.println("Hallo"); Diese Methode bekommt ein Feld aus Strings als Parameter /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

15 Methoden schreiben Eine Methode hat folgende Bestandteile: Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. public static void main(string[] args) { System.out.println("Hallo"); Das ist der Körper der Methode /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

16 Methoden schreiben Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. Hier ein anderes Beispiel: double summe(double a, double b) { return a + b; /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

17 Methoden schreiben Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. Hier ein anderes Beispiel: double summe(double a, double b) { return a + b; Diese Methode hat keine Modifikatoren /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

18 Methoden schreiben Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. Hier ein anderes Beispiel: double summe(double a, double b) { return a + b; Diese Methode gibt eine Zahl (double) als Ergebnis zurück /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

19 Methoden schreiben Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. Hier ein anderes Beispiel: double summe(double a, double b) { return a + b; Diese Methode hat den Namen summe /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

20 Methoden schreiben Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. Hier ein anderes Beispiel: double summe(double a, double b) { return a + b; Diese Methode bekommt zwei double s als Parameter /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

21 Methoden schreiben Die Modifikatoren der Methode. Der Rückgabetyp, ein Datentyp der zurückgegeben wird (oder void falls nichts zurückgegeben wird). Der Name der Methode, typischerweise mit Kleinbuchstaben. Die Parameterliste, getrennt durch Kommata. Den Körper mit dem Programmtext. Hier ein anderes Beispiel: double summe(double a, double b) { return a + b; Diese Methode addiert die Parameter, und gibt die Summe zurück /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

22 Methoden aufrufen Ist ein Objekt angelegt, so kann man die Methoden des Objekts mit dem Referenzpunkt aufrufen: Student s; s = new Student(); s.geburtstag(); Liefert die Methode einen Rückgabewert, so kann dieser einer Variablen zugewiesen werden (muss aber nicht): x = Math.pow(2, 8); // Rufe Methode pow auf und speichere Wert if (Math.sin(1.2) < 0) { // return-wert wird direkt verarbeitet System.out.println("Java braucht einen Mathevorkurs"); Math.random(); Die Zufallszahl wird sofort weggeworfen /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

23 Methoden aufrufen Sie haben bisher schon viele Methoden aufgerufen: System.out.println("Hallo"); Dynamische Bibliothek System, darin das Objekt out, davon die Methode println Math.pow(2.1, 2); Klasse Math, darin die statische Methode pow. String s = "Was nun?"; int a = s.length(); int[] feld = new int[10]; int b = feld.length; Dynamisch erzeugtes Feld feld, davon das Attribut length (keine Klammern keine Methode) /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

24 Methoden aufrufen Programmcode gibt es in Java nur in Methoden: Methoden bilden mit den Attributen die Klassen, mehrere Klassen bilden eine dynamische Bibliothek, ein package das von anderen Programmen verwendet werden kann, Java bietet unzählige fertige Methoden in packages an. Bisher haben wir das ignoriert, aber auch unsere Hauptmethode war immer in einer Klasse /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

25 Methoden aufrufen Das Prinzip dabei ist: Die Signatur beschreibt, was die Methode tut (Parameter, Rückgabewert, Modifikatoren), diese Information ist für jeden sichtbar. Der Körper beschreibt, wie die Methode es tut. Diese Information sieht nur der Programmierer. Vorgehen beim Programmieren: Aufgabe der Methode genau beschreiben, dann Signatur schreiben, dann den Körper /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

26 Beispiel Aufgabe ist es, den Mittelwert einer beliebigen Anzahl von Zahlen in einer Methode zu berechnen. Eingabe für die Methode: ein Feld aus double s Ausgabe der Methode: Mittelwert ist ein double Hat nichts mit Objektinhalt zu tun: Modifikator static Signatur ist also static double mittelwert(double[] x); Jetzt können wir den Körper schreiben /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

27 Aufgabe Wir wollen einen double-wert zurückgeben. Die Methode hat also diese Form: static double mittelwert(double[] x) { double m;. return m; Fügen Sie passende Codezeilen ein /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

28 Beispiel Den Mittelwert rechnen wir in einer for-schleife aus: static double mittelwert(double[] x) { double m; m = 0; for (int i = 0; i < x.length; i = i + 1) { m = m + x[i]; m = m / x.length; return m; /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

29 Anwendung der Methode MeinProgramm.java class MeinProgramm { static double mittelwert(double[] x) { double m; m = 0; for (int i = 0; i < x.length; i = i + 1) { m = m + x[i]; m = m / x.length; return m; public static void main(string[] args) { double[] werte = new double[3]; werte[0] = 1.2; werte[1] = -2; werte[2] = 0; double m = mittelwert(werte); /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

30 Methoden in Java Eine Methode fasst Programmcode zusammen, der eine bestimmte Aufgabe erfüllt, kann Parameter erhalten (muss aber nicht), kann ein Ergebnis liefern (muss aber nicht), kann beliebig oft verwendet werden, gehört zu ihrem Objekt (außer wenn statisch), kann Attribute des eigenen Objekts einsetzen (außer wenn statisch), kann andere Methoden aufrufen. Strukturierter und verständlicher Code. OO-Programme sind leicht modifizierbar und erweiterbar /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

31 Beispiele Der Vektor bekommt eine Methode, die einen Vektor hinzuaddiert: class Vektor { double x, y; public void addiere(vektor v) { x = x + v.x; y = y + v.y; Aufruf der Methode: Vektor v = new Vektor(); v.x = 1; v.y = -2; Vektor z = new Vektor(); z.x = 0; z.y = 12; v.addiere(z); // Wirkt wie v = v + z; /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

32 Beispiele Hier eine Methode, die eine Kopie vom Vektor erstellt: class Vektor { double x, y; public void addiere(vektor v) { public Vektor kopie() { Vektor k = new Vektor(); k.x = x; k.y = y; return k; Idee: Der Vektor weiß selbst, welche Bestandteile er kopieren muss /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

33 Nicht-statische Methoden Nicht-statische Methoden gehören zu einem Objekt: class Vektor { double x, y; public void addiere(vektor v) { public Vektor kopie() { Vektor k = new Vektor(); k.x = x; k.y = y; return k; Kein Referenzpunkt: Attribute innerhalb des Objekts sind gemeint /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

34 Nicht-statische Methoden Nicht-statische Methoden gehören zu einem Objekt: class Vektor { double x, y; public void addiere(vektor v) { public Vektor kopie() { Vektor k = new Vektor(); k.x = x; k.y = y; return k; Der return-befehl beendet die Methode und nimmt den Rückgabewert /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

35 Aufgabe Ergänzen Sie die Vorlage mit passendem Programmcode: class Vektor { double x, y; public void addiere(vektor v) { public Vektor kopie() { public double betrag() { /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

36 Aufgabe Ergänzen Sie die Vorlage mit passendem Programmcode: class Vektor { double x, y; public void addiere(vektor v) { public Vektor kopie() { public double betrag() { return Math.sqrt((x * x) + (y * y)); /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

37 Die Referenzvariable this Innerhalb einer (nicht-statischen) Methode gibt es die Referenz this, sie zeigt auf das Objekt, in dem die Methode gerade ausgeführt wird. Besser formuliert: this ist das Objekt, von dem aus der Aufrufer die Methode referenziert hat. Mit this können Attribute des Objekts von Parametern der Methode getrennt werden, im Styleguide wird das auch erzwungen: class Vektor { private double x, y; public void setze(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

38 Konstruktoren Eine Klasse ist ein selbst erstellter Datentyp. Mithilfe dieses Datentyps können Objekte mit dem new-befehl angelegt werden: class Vektor { double x, y; public void setzee() { x = 1; y = 0; Vektor v = new Vektor(); v.setze(1, -7); v.setzee(); /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

39 Konstruktoren Beim Erzeugen belegt Java alle Attribute mit Nullen, es sei denn ein Startwert ist vorgegeben. class Vektor { double x, y; public void setzee() { x = 1; y = 0; Das ist hier nicht sinnvoll, die Werte für die Attribute sollten vom Aufrufer eingetragen werden, so wie bei den elementaren Datentypen und den Feldern: int j = 1; char c = 'A'; boolean b = false; int[] I = { 1, 2, 3 ; /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

40 Konstruktoren Bei elementaren Datentypen ist das einfach: es gibt nur einen Wert. Objekte können aber viele Attribute mit verschiedenen Eigenschaften haben, diese können auch private sein und sind dann für den Aufrufer nicht sichtbar. Wir müssen Java mitteilen, welche Werte eingetragen werden sollen, und vor allem wo. Dazu definiert man Konstruktoren: Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode zur Erzeugung eines Objekts. Sie ist verantwortlich für die Startwerte der Attribute und kann dazu Parameter vom Aufrufer bekommen. Ein Konstruktor wird durch den new-befehl aufgerufen /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

41 Konstruktoren Ein Konstruktor ist eine Methode ohne Rückgabetyp. Der Name des Konstruktors ist der Name der Klasse: class Vektor { private double x, y; public Vektor(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; public void setzee() { x = 1; y = 0; /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

42 Konstruktoren class Vektor { private double x, y; public Vektor(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; public void setzee() { x = 1; y = 0; Die Parameter für den Konstruktor werden dem new-befehl übergeben. Damit können Startwerte direkt zugewiesen werden: Vektor v = new Vektor(1, -7); // so ist es üblich Vektor w = new Vektor(); FEHLER v.x = -1; FEHLER Sobald echte Konstruktoren vorhanden sind, streicht Java den leeren Konstruktor. Man muss ihn dann, falls erwünscht, selbst hinzufügen /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4

43 Styleguide/Conventions Beschreiben von Daten nur über öffentliche set-methoden, die gleichnamige Variablen als Parameter bekommen. In der Methode Benutzung von this für Attribute. Initialisierung nur über Konstruktoren, keine Kombis der Form RationaleZahl r = new RationaleZahl(); r.nenner = 0;. Methoden prüfen Parameter und kommen mit allen möglichen/unmöglichen Eingaben klar. Ausgabe der Objekte nur über die Methode tostring(), Objekte schreiben selbst nicht direkt in System.out. Weitere verpflichtende Methoden wie clone(), equals() oder compare(), aber nicht hier im Vorkurs /2016 Dr. Daniel Haase - Vorkurse Informatik V3/V4