Kapitel 19: Klassen und Unterklassen

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1 Kapitel 19: Klassen und Unterklassen Felix Freiling Lehrstuhl für Praktische Informatik 1 Universität Mannheim Vorlesung Praktische Informatik I im Herbstsemester 2009 Folien nach einer Vorlage von H.-Peter Gumm, Philipps-Universität Marburg

2 Übersicht Unterklassen Vererbung, super, over-riding Applets Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 2

3 Rückblick: Klasse Konto Modelliert ein Bankkonto Enthält Felder für Kontostand, Inhaber, Kontonummer Felder sind private Von außerhalb der Klasse nicht zugreifbar Methoden zum Lesen und Verändern der Felder getter/observer setter/mutator Konto Felder: static int naechstekontonummer private int kontostand private String inhaber private int nummer Methoden: getter int getkontostand() int getinhaber() int getnummer() setter void einzahlen(int) void überweisen(konto, int) void abheben (int)... Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 3

4 Spezielle Klassen Wir wollen spezielle Konten implementieren Girokonten Sparkonten Man kann überziehen, muss dann aber Zinsen zahlen Es gibt keine Habenzinsen man erhält Zinsen, man kann nicht überziehen man kann von Sparkonten nicht überweisen Wir könnten separat jeweils neue Klassen mit allen Feldern und Methoden schreiben class Sparkonto {... int nummer; String inhaber; static int sparzinssatz = 3; } int getinhaber(){ return inhaber; }... class Girokonto {... int nummer; String inhaber; static int kreditzinssatz = 13; int limit=10000;... int getinhaber(){ return inhaber; }... } Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 4

5 Modellierung als Unterklassen Immer wenn man Funktionalität in anderen Klassen wiederverwenden möchte, sollte man über Unterklassen und Vererbung nachdenken Wiederverwendung der Basisfunktionalität der Klasse Konto Sparkonten und Girokonten sind spezielle Konten Jedes GiroKonto kann benutzt werden wie ein Konto Die Klasse GiroKonto ist eine Unterklasse der Klasse Konto Jedes SparKonto kann benutzt werden wie ein Konto Die Klasse SparKonto ist eine Unterklasse der Klasse Konto Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 5

6 Vererbung / Erweiterung Unterklassen und ihre Objekte haben zusätzliche Eigenschaften Sie erben alle (nicht privaten) Felder und Methoden der Oberklasse Sowohl Sparkonten als auch Girokonten haben automatisch Die Felder nummer, kontostand, inhaber Die Methoden getkontostand, einzahlen, abheben Sie können zusätzliche Felder haben Sparkonten Was ist der sparzinssatz Wann wurde letztmals Zins gutgeschrieben Girokonten Was ist der Überziehungszins Was ist das Überziehungslimit Seit wann ist überzogen Sie können zusätzliche Methoden haben Sparkonten Zinsen gutschreiben Girokonten Gebühr abziehen Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 6

7 Unterklassen in Java Mit dem Schlüsselwort extends beerbt eine Klasse eine andere Klasse: class SparKonto extends Konto{... static int sparzinssatz = 3; int letzterzinstag; int getsparzinssatz(){ return sparzinssatz; } void zahlezinsen(){... class GiroKonto extends Konto{... static int kreditzinssatz = 13; int letzterrechnungstag; int limit=10000; int getlimit(){ return limit; } void berechnegebühr(){... Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 7

8 Zugriff auf Oberklasse private Felder sind privat auch aus der Unterklasse aus nicht zugreifbar getter und setter sollten genügen protected Felder sind zugreifbar aus der Unterklasse nicht zugreifbar aus anderen Klassen ungeschützte Felder sind zugreifbar von allen Klassen des gleichen Pakets nicht zugreifbar aus Klassen anderer Pakete package private Konto Felder: static protected int zinssatz protected int kontostand String inhaber private int nummer Methoden: getter int getkontostand() int getinhaber() int getnummer() setter void einzahlen(int) void überweisen(konto, int) void abheben (int)... Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 8

9 Zugriffe aus der Unterklasse Konto Felder: protected int kontostand String inhaber private int nummer Methoden: getter int getkontostand() int getinhaber() int getnummer() setter void einzahlen(int) void überweisen(konto, int) void abheben (int)... class SparKonto extends Konto{ void zahlezinsen(){ einzahlen( kontostand * sparzinssatz); } // o.k. void druckeauszug(){ System.out.println(inhaber); //o.k. System.out.println(nummer); //falsch System.out.println(kontoStand); //o.k. } Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 9

10 Die Unterklasse in BlueJ Diese Pfeile zeigen an, dass SparKonto und Girokonto Unterklassen von Konto sind. Jedes Objekt der Teilklasse - hat zusätzliche Methoden - erbt alle Methoden der Oberklasse: Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 10

11 Eine Klasse mit Unterklassen Klasse Konto mit Unterklassen GiroKonto und SparKonto und eine Klasse, die die letzteren benutzt. Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 11

12 Overriding: über-definieren Methoden der Oberklasse können in der Unterklasse verändert werden: z.b. kann die Methode abheben in der Unterklasse Sparkonto neu definiert werden: class Sparkonto extends Konto{... void abheben(int betrag){ if (getkontostand() >= betrag) super.abheben(betrag); }... Nur falls ( if ) (kontostand betrag ) ist führe die Aktion aus. Die Methode abheben der Oberklasse, hier Konto. Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 12

13 Klasse - Unterklasse Wann sollte man eine Klasse als Unterklasse einer bestehenden Klasse modellieren? Nur wenn es begrifflich Sinn macht Jeder Kreis ist eine Figur, jede Figur ist ein geometrisches Objekt, jedes Sparkonto ist ein Konto, jeder PKW ist ein Fahrzeug... ist ein......kann benutzt werden wie... Nur wenn jedes Objekt der neuen Klasse als spezielles Objekt der bereits bestehenden Klasse angesehen werden kann Quadrat ist ein spezielles Rechteck, ein Kreis ist eine spezielle Ellipse, ein Sparkonto ist ein spezielles Konto, eine ganze Zahl ist eine spezielle rationale Zahl Nur wenn die Methoden der Oberklasse auch in der Unterklasse Sinn machen. makevisible() der Klasse Figur macht auch Sinn für jeden Kreis, länge(), breite() und fläche() der Klasse Rechteck machen auch Sinn für Quadrate, referenzpunkt() der Klasse GeometrischesObjekt macht auch Sinn für Kreise Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 13

14 super verweist von der Unter- in die Oberklasse class Sparkonto extends Konto{ // Wir übernehmen den // Konstruktor der Oberklasse } SparKonto(String x){ super(x); letzterzinstag = 0; }... Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 14

15 Fallstricke In vielen Fällen haben Objekte der Unterklasse zusätzliche Felder Ein SparKonto ist ein Konto mit zusätzlichen Feldern, z.b. sparzins, letzterzinstag,... Ein PKW ist ein Fahrzeug mit zusätzlichen Feldern, z.b. personenzahl,... Eine MusikCD bzw. ein Film ist ein spezielles MedienKunstwerk, die neben autor, titel und herstellungsjahr noch titelliste und musikgenre bzw. schauspielerliste und kameramann hat. Allein die Tatsache, dass Objekte der Klasse B mehr Felder haben, als Objekte der Klasse A macht B noch nicht zur Unterklasse von A Ein Quadrat hat eine länge, ein Rechteck hat länge und breite. Ein Rechteck ist aber kein spezielles Quadrat ganz im Gegenteil! Eine RationaleZahl hat zähler und nenner, eine GanzeZahl nur zähler. RationaleZahlen sind aber nicht spezielle GanzeZahlen im Gegenteil! Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 15

16 Eingebaute Java-Klassen erweitern Klassen erweitern, heißt Unterklassen bilden Unterklasse erbt alle Felder und Methoden der Oberklasse Sparkonto und Girokonto erben Funktionalität von Konto Java hat eine umfangreiche Klassen-Bibliothek Fast jede )* der Klassen kann man erweitern: Um ein Applet zu schreiben beerbt man die Klasse Applet. Sie stellt Methoden bereit, ein Applet im Browser darzustellen es zu starten bzw. zu stoppen, wenn das Browserfenster verändert wird Auf der Leinwand des Applets zu schreiben, zeichnen, Buttons und Menüs anzubringen Um User-Interfaces zu schreiben beerbt man die Klassen Graphics, Event, Menu, Color, Window, Button,... (siehe Kapitel 20)... die sich in dem in dem Paket java.awt befinden. )* alle Klassen, die nicht als final deklariert wurden Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 16

17 Die Klasse Applet WWW-Browser benutzen die Klasse Applet Der Browser erzeugt zunächst ein Applet new Applet( ) das Applet wird initialisiert durch die Methode init() und gestartet mit start() Wechselt der Browser zu einer anderen Webseite, so ruft er die Methode stop() Kommt er zurück, erfolgt wieder ein start() Jedesmal, wenn das Applet neu zu zeichnen ist beim Start wenn das Browserfenster Größe oder Position ändert, ruft der Browser die als public erklärte Methode paint() mit Signatur void paint(graphics g) auf. Ein Applet programmieren heißt: Einige der genannten Methoden re-definieren. init() start() stop() destroy() paint() Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 17

18 Wir beerben die Klasse Applet Die Methoden (paint, init, start, stop, destroy) werden von außen von dem Browser aufgerufen. Klasse und ihre Methoden müssen daher public sein Wir beerben die Klasse java.applet.applet Wir redefinieren paint() Wir benutzen die Klassen java.awt.graphics java.awt.color Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 18

19 Ausführen in BlueJ Nach dem Kompilieren hat das Kontextmenü der Klasse Äpfelchen eine Auswahl: Run Applet wir wählen eine Dimension aus und sehen das Ergebnis per appletviewer dargestellt Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 19

20 Applet in Webpage einbinden Ein Applet lässt sich leicht in eine Webseite einbinden HTML-Marke: <Applet> </Applet> Wichtigste Parameter: code, width, height Code-Datei hier: Äpfelchen.class Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 20

21 Nicht gerade spektakulär... Die HTML-Datei - in verschiedenen Browsern Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 21

22 Übersicht Unterklassen Vererbung, super, over-riding Applets Ausblick: Kapitel 20, Verwendung von Vererbung zur Programmierung einer grafischen Benutzerschnittstelle Mehr zu Objektorientierung in der Vorlesung Wirtschaftsinformatik II Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 22

23 Fallstudie zur Vererbung: Personendatenbank Anhang zu Kapitel 19 der Vorlesung Praktische Informatik I

24 Fallstudie: Datenbank Basiert auf dem BlueJ- Beispielprojekt people Modelliert eine Datenbank für eine Uni Datenbank enthält Studierende, Mitarbeiter und andere Personen Studierende und Mitarbeiter als Unterklassen von Person modelliert Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 24

25 Entwurf: Klasse Person Eine Person hat einen Namen und ein Geburtsjahr Objektfelder name und geburtsjahr, beide private Anonyme Personen sollen erlaubt sein Man kann beide Felder lesen und setzen Man kann eine Person in eine Zeichenkette umwandeln Re-Definition der Methode tostring() Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 25

26 Entwurf: Klasse Student Ein Student kann auch wie eine Person benutzt werden Unterklasse von Person Hat zusätzlich eine Matrikelnummer Zusätzliches privates Objektfeld String matrikelnummer Hat zusätzlich Methoden, die die Matrikelnummer lesen Soll auch in eine Zeichenkette umgewandelt werden können Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 26

27 Entwurf: Klasse Mitarbeiter Ähnlich wie Student, als Erweiterung der Klasse Person Hat zusätzlich ein Büro privates Feld String buerobezeichnung Hat Methoden, um dieses Feld zu lesen und zu setzen Soll auch in eine Zeichenkette umgewandelt werden können Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 27

28 Implementierung: Person Standard-Konstruktor: Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 28

29 Implementierung: Person Speziellere Konstruktoren Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 29

30 Implementierung: Student Standard-Konstruktor: Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 30

31 Implementierung: Student Erweiterter Konstruktor: Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 31

32 In Zeichenkette umwandeln In der Klasse Person Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 32

33 In Zeichenkette umwandeln In der Klasse Student: Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 33

34 Vorteile abgeleiteter Klassen Man kann die Klasse Person verwenden, ohne zu wissen, wie sie implementiert ist Erspart einem die Definition und Behandlung der Felder, die eine Person hat Ähnliches kann man auch mit den Standard- Java-Klassen machen Siehe Beispiel Applet in Kapitel 19 Praktische Informatik I, HWS 2009, Kapitel 19 Seite 34