Kap. 11 Objektorientierung: ein Beispiel

Transkript

1 Kap. 11 Objektorientierung: ein Beispiel Dr. Norbert Spangler / Programmieren

2 Grundprinzip der Datentypen und Klassen Name des Typs Elementare Typen int bool Klasse Name (frei wählbar) Daten Variable(Array) ein Typ Eigenschaften unterschiedliche Typen Interne Abspeicherung System System durch Programmierer Verwendung Deklaration direkt int i; bool b; mit Initialisierung int i=1; bool b=true; int i(1); bool b(false); Methoden(Funktionen) Name x; Name x(werte der Eigensch.); -> Konstruktoren Wert ändern i=2; b=false; x.seteigenschaft(neuer Wert); Wert verwenden j=i; c=b; j = x.geteigenschaft(); Wertw anzeigen cout<<i; cout<<b; x.display(); Rechnen i % j b && ( i<1 ) x.calculate(y) Dr. Norbert Spangler / Programmieren

3 Grundprinzip der Datentypen und Klassen Name des Typs Elementare Typen int bool Klasse Name (frei wählbar) Daten eine Variable/Array (ein Typ) unterschiedliche Eigenschaften (unterschiedliche Typen) Interne Abspeicherung System System durch Programmierer Verwendung Deklaration direkt int i; bool b; mit Initialisierung int i=1; bool b=true; int i(1); bool b(false); Methoden(Funktionen) Name x; Name x(werte der Eigensch.); -> Konstruktoren Wert ändern i=2; b=false; x.seteigenschaft(neuer Wert); Wert verwenden j=i; c=b; j = x.geteigenschaft(); Wert anzeigen cout<<i; cout<<b; x.display(); Rechnen i % j b && ( i<1 ) x.calculate(y) Dr. Norbert Spangler / Programmieren

4 Eine Klasse ist ein verallgemeinerter benutzerdefinierter Datentyp. Er wird beschrieben durch 11.1 Konzept einer Klasse die Menge seiner Daten (Eigenschaften, Attribute), deren interne Abspeicherung dem Nutzer i.a. verborgen (private, nicht sichtbar) bleibt und die Menge seiner i.a. öffentlichen (public, sichtbar) Funktionen (Methoden), welche den Umgang mit den Daten ermöglichen. Mittels besonderer Methoden (Konstruktoren) werden Variable oder Konstante (Objekte) vom Typ der Klasse deklariert und ggf. mit Anfangswerteninitialisiert. Methodenaufrufe ersetzen/ergänzen den Befehlsvorrat/die Rechenoperationen. Funktionen können wie bisher eingesetzt werden. Parameter oder der Wert der Funktion können jetzt auch vom Typ einer Klasse sein. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

5 Erstes Beispiel einer Klasse: Punkt Ein Punkt in der Ebene wird beschrieben durch 2 Koordinaten x undy, üblicherweise vom Typ double. Erforderliche Eigenschaften (Daten) x und y vom Typ double (z.b. noch Bezeichnung vom Typ char) Erforderliche Methoden (Funktionen) Deklaration mit/ohne Initialisierung Problem: was wird x und was wird y Koordinaten auf andere Werte setzen mit den Koordinaten arbeiten am Bildschirm anzeigen Punkt am Ursprung spiegeln-> ändert Eigenschaften zwei Punkte addieren -> neuer Punkt Dr. Norbert Spangler / Programmieren

6 class Punkt private: ; public: 11.2 Definition der Klasse double x; //x-koordinate double y; //y- Koordinate //char name; //eventuell- hier ohne //Deklaration ohneanfangswerte //Deklaration mitanfangswerten //am Bildschirm anzeigen //Koordinate x setzen //Koordinate y setzen //Wert der Koordinate x verwenden //Wert der Koordinate y verwenden //Punkt spiegeln (aendern) //2 Punkte addieren (neuer Punkt) Name verborgen Eigenschaften öffentlich Methoden Dr. Norbert Spangler / Programmieren Semikolon- wichtig!!!

7 Headerdatei Die Klassendefinition wird üblicherweise in einer Headerdatei gespeichert. Projekt/neues Element hinzufuegen/headerdatei(.h) punkt.h / Allgemein: Klassenname.h In der Headerdatei ist also die Klassendefinition. Damit sind alle wesentlichen Informationen über die Klasse verfügbar. Sie kann damit verwendet werden: Name der Klasse Angabe der Eigenschaften (Name und Typ) Angabe der Methoden (Funktionsprototypen). Dr. Norbert Spangler / Programmieren

8 Methodendatei Die Methoden sind Funktionen, die zur Klasse gehören. Sie werden üblicherweise in einer separaten cpp-datei gespeichert. Projekt/neues Element hinzufuegen/c++datei(.cpp) punkt.cpp / Allgemein üblich: Klassenname.cpp Dr. Norbert Spangler / Programmieren

9 Probleme Wie wird in der Methodendatei die Information über die Klasse bereitgestellt? In der Methodendatei wird die Klassendefinition benötigt. Dies geschieht mittels der Direktive #include "punkt.h". Wie wird in der Methodendatei eine Funktion(Methode) einer Klasse zugeordnet? (z.b. eine Funktion display() ) Bei der Definition wird zum Funktionsnamen der Klassenname mittels des Bereichsoperators (::) hinzugefügt Klassenname void Punkt::display() Bereichsoperator Methodenname Allgemein: typderfunktion Klassenname::namederfunktion(Parameter) Dr. Norbert Spangler / Programmieren

10 Anwendungsprogramm Das Anwendungsprogramm wird üblicherweise in einer separaten cpp-datei gespeichert mit den Namen main.cpp Projekt/neues Element hinzufuegen/c++datei(.cpp) Die Klassendefinition wird wie in der Methodendatei bereitgestellt #include punkt.h Dr. Norbert Spangler / Programmieren

11 Vorgehensweise zur Klassenerzeugung Bei der Entwicklung einer Klasse kann man beispielsweise wie folgt vorgehen: Man plant und definiert die Eigenschaften und Methoden. Man codiert die Eigenschaften. Man codiert eine/einige/wenige Methoden und testet diese. Man nimmt eine/einige/wenige Methoden dazu und testet diese. usw. Mögliche Reihenfolgen: 1.Konstruktoren + Anzeigemethoden 2.Werte ändern/bereitstellen 3. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

12 Problem 11.3 Verwendung von Eigenschaften und Methoden Wenn man mehrere Objekte hat Punkt a,b,c; Dann hat jeder Punkt Eigenschaften x und y. Darüberhinaus gibt es Methoden m1, m2, m3 etc. der Klasse. Wie wird festgelegt Zu welchem Objekt gehört ein x bzw. y Mit welchen Daten (x,y) werden die Methoden m1,m2,m3 etc. aufgerufen Lösung: Verwendung des Punktoperators a.x bzw. a.y a.m1() Allgemein (*) Hinweis bezeichnen die Eigenschaften x und y des Objekts a etc. (*) ruft die Methode m1 mit den Daten des Objekts a auf etc. Objektname.eigenschaftsname Objektname.methodenname(Parameterliste) Diese Art des Zugriffs mit dem Punktoperator ist nur erlaubt: - innerhalb der Methoden einer Klasse - für public-elemente der Klasse (üblicherweise nur Methoden). Da aber Eigenschaften in der Regel private sind, ist die Schreibweise a.x bzw. a.y dann nicht erlaubt. In diesem Fall müssen entsprechende get/set Methoden verwendet werden. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

13 11.4 Konstruktoren Konstruktoren sind spezielle Methoden, welche zur Deklaration inkl. Ininitalisierung verwendet werden. Der Name dieser Methoden ist der Klassenname. Sie unterscheiden sich in den Parametern für dieanfangswerte. Es gibt einen Konstruktor ohne Parameter: Default- oder Standardkonstruktor. Es kann mehrere Konstruktoren geben mit unterschiedlicher Signatur. Ein Konstruktor hat keinen Funktionstyp Dr. Norbert Spangler / Programmieren

14 Klassenname Defaultkonstruktor Punkt Methodenname Aufruf: Punkt::Punkt() x=0.0; y=0.0; Diese Funktion hat keinen Typ!!! Keine Parameter Punkt p; Es wird ein Objekt vom Typ Punkt mit dem Namen p deklariert ohne Anfangswerte vorzugeben. Programmcode, um die Eigenschaften mit Anfangswerten zu belegen. Mit x bzw. y sind dann die Eigenschaften des in der Deklaration genannten Objekts (hier p) gemeint. Objekte sind Instanzen ("Variable") vom Typ der Klasse Dr. Norbert Spangler / Programmieren

15 Konstruktor Punkt Punkt::Punkt(double px,double py) x=px; y=py; 1. Parameter->x 2. Parameter->y Aufruf: Punkt q(2.0,3.0); Es wird ein Objekt vom Typ Punkt mit dem Namen q deklariert. x wird mit 2.0 y mit 3.0 vorbelegt. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

16 Headerdatei In der Headerdatei sind die Methoden als Funktionsprototypen aufzuführen. Die Namen der Parameter sind nicht erforderlich. class Punkt private: double x; double y; public: Punkt(); Punkt(double,double); //weitere Methoden ; Dr. Norbert Spangler / Programmieren

17 Methodendatei In der Methodendatei steht der Programmcode der Methoden. #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; Punkt::Punkt() x=0.0; y=0.0; Punkt::Punkt(double px,double py) x=px; y=py; Verbindung zur Klasse Alles was sonst benötigt wird ist zu inkludieren. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

18 Anwendungsprogramm #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; void main() Punkt p; Punkt q(2.0,3.0); Verbindung zur Klasse Deklaration eines Objekts p mit Defaultkonstruktor Deklaration eines Objekts q mit Konstruktor #include <iostream> using namespace std; void main() int i; int j=1; Vergleichbares bisheriges Programm. In beiden Programmen sieht man nichts. ->Notwendigkeit für Ein- undausgaben. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

19 11.5 Methode display Headerdatei class Punkt private: double x; double y; public: Punkt(); Punkt(double,double); void display(); //weitere Methoden ; Methodendatei #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; void Punkt::display() cout<<"punkt"<<endl; cout<<" x "<<x<<endl; cout<<" y "<<y<<endl; Dr. Norbert Spangler / Programmieren

20 Anwendungsprogramm #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; void main() Punkt p; Punkt q(2.0,3.0); p.display(); q.display(); Aufruf der Methode display mit den Objekten p und q. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

21 Anwendungsprogramm/Debug Lässt man das Programm unter Debug laufen, können Objekte mit den aktuellen Werten der Eigenschaften angesehen werden. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

22 Headerdatei class Punkt private: double x; double y; public: Punkt(); Punkt(double,double); void display(); void setx(double); void sety(double); //weitere Methoden ; 11.6 Methode Werte ändern Methodendatei void Punkt::setX(double px) x=px; void Punkt::setY(double py) y=py; Typ der Eigenschaft Übliche set-methode: Die Methode ist vom Typ void und hat einen Parameter vom Typ der Eigenschaft. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

23 Methode Werte ändern Für welche Eigenschaften benötigt man set-methoden? Wenn sich einzelne Eigenschaften innerhalb einer Anwendung ändernkönnen. Beispiel: Klasse Student Eigenschaften: Matrikelnummer Name Wohnort etc. Name Wohnort kann sich ändern -> set hilfreich Matrikelnummer nicht -> kein set benötigt aber entsprechende Konstruktoren Ein Defaultkonstruktor für Student macht damit i.a. keinen Sinn. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

24 #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; void main() Punkt p; Punkt q(2.0,3.0); p.display(); q.display(); p.setx(2.3); p.sety(-1.5); p.display(); Anwendungsprogramm Die Eigenschaften des Objekts p wurden geändert. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

25 #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; void main() Punkt p; Punkt q(2.0,3.0); p.display(); q.display(); p.setx(2.3); p.sety(-1.5); p.display(); p.x=1.1; Anwendungsprogramm/Fehlerhafter Zugriff Erstellen gestartet: Projekt: test, Konfiguration: Debug Win Kompilieren... main.cpp c:\test\main.cpp(77) : error C2248: "Punkt::x": Kein Zugriff auf private Member, dessen Deklaration in der Punkt-Klasse erfolgte. c:\test\main.cpp(8): Siehe Deklaration von 'Punkt::x' c:\test\main.cpp(6): Siehe Deklaration von 'Punkt' Das Buildprotokoll wurde unter "file://c:\test\debug\buildlog.htm" gespeichert. test - 1 Fehler, 0 Warnung(en) Versuchter Direktzugriff auf eine Eigenschaft von ausserhalb der Klasse Dr. Norbert Spangler / Programmieren

26 11.7 Methode Wert verwenden Headerdatei Methodendatei class Punkt private: double x; double y; public: Punkt(); Punkt(double,double); void display(); void setx(double); void sety(double); double getx(); double gety(); //weitere Methoden ; double Punkt::getX() return x; double Punkt::getY() return y; Übliche get-methode: Die Methode ist vom Typ der Eigenschaft und hat keine Parameter. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

27 Methode Werte verwenden Für welche Eigenschaften benötigt man get-methoden? Wenn einzelne Eigenschaften innerhalb einer Anwendung zur weiteren Verwendung bereitgestellt werden müssen. Beispiel: Klasse Student Eigenschaften: Matrikelnummer Name Wohnort etc. Ein spezieller Student soll in einer Liste von Studenten gesucht werden: getmatrikelnummer bzw. getname je nach Suchkriterium sind erforderlich. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

28 Anwendungsprogramm #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; void main() Punkt p; Punkt q(2.0,3.0); p.display(); q.display(); p.setx(2.3); p.sety(-1.5); p.display(); double h=q.getx(); cout<<" Punkt q "<<h<< " " <<q.gety()<<endl; Analog zu set ist hier auch cout<<q.y; nicht erlaubt. Die Eigenschaften von q werden verwendet. Dr. Norbert Spangler / Programmieren

29 11.8 Methoden zur Manipulation von Punkten Aufgabe 1: Ein Punkt soll am Ursprung gespiegelt werden -> Eigenschaften des Punktes werden geändert Aufgabe 2: Zwei Punkte sollen addiert werden; das Ergebnis ist ein neuer Punkt -> Eigenschaften der beiden Punkte ändern sich nicht void Punkt::spiegeln() // am Ursprung spiegeln x=-x; y=-y; Funktionswert Punkt Punkt::addieren(Punkt q) //Addition von q zum aktuellen Punkt Punkt h; Lokale h.x=x+q.x; Variable h.y=y+q.y; return h; Innerhalb der Methoden einer Klasse erlaubt. Alternative: h.setx(x+q.getx()) h.sety(y+q.gety()) Dr. Norbert Spangler / Programmieren

30 Anwendungsprogramm void main() Punkt p; Punkt q(2.0,3.0); p.display(); q.display(); Wieso funktioniert der p.setx(2.3); Zuweisungsoperator? p.sety(-1.5); p.display(); double h=q.getx(); cout<<h<< " " <<q.gety()<<endl; q.spiegeln(); q.display(); Punkt neu=p.addieren(q); // Punkt neu=p+q; waere schoener neu.display(); p q p nach set get mit q Spiegeln von q Addieren von p und q Dr. Norbert Spangler / Programmieren

31 Headerdatei class Punkt private: double x; double y; public: Punkt(); Punkt(double,double); void display(); void setx(double); void sety(double); double getx(); double gety(); Punkt addieren(punkt); void spiegeln(); ; Dr. Norbert Spangler / Programmieren

32 #include "punkt.h" #include <iostream> using namespace std; Punkt::Punkt() x=0.0; y=0.0; Punkt::Punkt(double px,double py) x=px; y=py; void Punkt::display() cout<<"punkt"<<endl; cout<<" x "<<x<<endl; cout<<" y "<<y<<endl; void Punkt::setX(doublepx) x=px; Methodendatei mit 9 Methoden void Punkt::setY(doublepy) y=py; double Punkt::getX() return x; double Punkt::getY() return y; Punkt Punkt::addieren(Punkt q) //Addition von q zum aktuellen Punkt Punkt h; h.x=x+q.x; h.y=y+q.y; return h; void Punkt::spiegeln() // am Ursprung spiegeln x=-x; y=-y; Dr. Norbert Spangler / Programmieren

33 11.9 Zusammenfassung Zur Definition einer Klasse benötigt man Die Angabe aller Eigenschaften Die Programmierung der erforderlichen Methoden - Konstruktoren zur Deklaration und Initialisierung - set-methoden um Eigenschaften zu ändern - get-methoden um Eigenschaften bereitzustellen - Methoden zur Anzeige voneigenschaften/werten - weitere aufgabenspezifische Methoden wie hier addieren, spiegeln, Dr. Norbert Spangler / Programmieren