Objektorientierte Systeme

Transkript

1 Objektorientierte Systeme Einführung: Was ist Objektorientierung? Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 Agenda Was ist Objektorientierung? Objektorientierte Modelbildung Komponenten Verteilte Systeme Ein Blick in die Zukunft Prof. Dr. Nikolaus Wulff 2

3 Begriffsbestimmung Objektorientierung ist der Ansatz die Abstraktionen und Begriffe des Problembereiches direkt in entsprechende Konstrukte des Lösungsbereiches zu überführen. Aktenkoffer Vorlagemappe Terminplaner Konto Kurs Brief Stapel Vertrag Währung Eingangskorb Aktenordner Notiz Rechner Kalkulation Dokument Prof. Dr. Nikolaus Wulff 3

4 Objektorientierung Alan Kay, einer der Väter der Objektorientierung, formulierte Ende der sechziger Jahre seine biologische Analogie :»...the ideal computer would function like a living organism; each cell would behave in accord with others to accomplish an end goal but would also be able to function autonomously. Cells could also regroup themselves in order to attack another problem or handle another function... «Prof. Dr. Nikolaus Wulff 4

5 Alan Kay s fünf OO-Regeln 1. Alles ist ein Objekt. 2. Ein Programm ist eine Ansammlung von Objekten, die sich gegenseitig Nachrichten senden, um zu sagen was zu tun ist. 3. Jedes Objekt hat seinen eigenen Speicherbereich, der wiederum aus anderen Objekten besteht. 4. Jedes Objekt hat einen Typ. 5. Alle Objekte des gleichen Typ können die selben Nachrichten bekommen und verstehen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 5

6 Definition der Objektorientierung Objektorientierte Programmierung ist eine Implementierungsmethode, bei der Programme als kooperierende Ansammlungen von Objekten angeordnet sind. Jedes Objekt stellt eine Instanz einer Klasse dar, alle Klassen sind Elemente einer Klassenhierarchie, die durch Vererbungsbeziehungen gekennzeichnet sind. Grady Booch (1994) Prof. Dr. Nikolaus Wulff 6

7 Gegenstand und Abstraktion Typ Name Schnittstelle Light on() off() dim() brighten() Light lt = new Light(); // Objekt Erzeugung lt.on(); // Objekt verwenden Prof. Dr. Nikolaus Wulff 7

8 Software und Modellbildung Wir bilden Modelle damit wir lernen das zu entwickelnde System besser zu verstehen. Ein Modell ist eine Vereinfachung der Realität. Als Notation hat sich hierzu die Unified Modeling Language (UML) etabliert. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 8

9 Modellierung, wozu? Wir können komplexen Systeme in ihrer Gesamtheit nicht überschauen und verstehen, daher bilden wir vereinfachende Modelle. Jedes komplexe System setzt sich aus kleineren funktionalen Subsystemen zusammen, die wir evt. getrennt modellieren und bauen können. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 9

10 Eigenschaften komplexer Systeme 1) Komplexität nimmt die Form einer Hierarchie an. Komplexe Systeme bestehen aus einem Verband von Subsystemen, die ihrerseits aus eigene Subsystemen bestehen, bis die unterste Ebene elementarer Komponenten erreicht ist. Häufig ist diese hierarchische Struktur zerlegbar in seine einzelnen Subsysteme, die einzeln verstanden werden können. 2) Die Wahl der elementaren Komponenten, die als Primitive angesehen werden, ist relativ willkürlich und hängt vom Ermessen des Beobachters ab. Was für den einen elementar ist, ist für den anderen bereits eine hohe Abstraktionsebene. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 10

11 Komplexe Systeme (2) 3) Die Beziehungen innerhalb einer Komponente sind im allgemeinen stärker als die Beziehungen zwischen den Komponenten. Die hochfrequente Dynamik der Komponenten dies betrifft die innere Struktur der Komponente lässt sich trennen von der niederfrequenten Dynamik dies betrifft die Beziehungen zwischen den Komponenten. 4) Hierarchische Systeme setzen sich typischerweise aus nur wenigen Arten von Subsystemen zusammen, in zahlreichen Kombinationen und Anordnungen. Beispiel: DNA besteht aus nur vier Grundbausteinen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 11

12 Komplexe Systeme (3) 5) Ein komplexes System, das funktioniert, hat sich mit Sicherheit aus einem einfachen System entwickelt, das funktionierte... Evolutionäre Entwicklung von Systemen, komplexe Systeme entwickeln sich aus schon vorher existierenden Zwischenformen. Ein komplexes System lässt sich nicht in einem Wurf komplett neu entwickeln... Prof. Dr. Nikolaus Wulff 12

13 Objektkomposition Interne Details Status des Objekts Schnittstelle Car engine : V6Cylinder wheel[4] : GoodYear door[5] : Door start() drive() stop() Objektkomposition: Erzeuge neue Objekte durch Kombination bestehender Objekte. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 13

14 divede et impera Dieser Zusammenbau von OO-Systemen per Komposition aus Subsystemen ermöglicht eine teile und herrsche Strategie. OO-System bilden zur Laufzeit eine komplexe hierarchische Struktur von Objekten. Seine gegenwärtige Ausprägung findet dieser Ansatz in den Komponententechnologien.Net und J2EE. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 14

15 Programmiersprachen Assembler Cobol Fortran BCPL PL/1 Simula Algol Pascal Lisp C C++ beta Eiffel Smalltalk-72 CLU Smalltalk-76 Smalltalk Ada Turbo-Pascal Modula2 Oberon Lisp Flavors Lisp CLOS C# Java Modula3 Prof. Dr. Nikolaus Wulff 15

16 Evolution der Programmierung Die Programmierung hat eine ähnliche Entwicklung durchgemacht, wie der Fortschritt in der Elektrotechnik: freie Verdrahtung Platinen Transistoren IC s Module Assembler Klassische Sprachen Klassen & Objekte Komponenten Services und Agenten Prof. Dr. Nikolaus Wulff 16

17 UML als Beschreibung Die Unified Modelling Language (UML) ist das Analogon zu den Schaltbildern. Softwaresysteme besitzen meist keine mathematisch/physikalischen Gesetzmäßigkeiten, wie z.b. das Ohmsches Gesetz, die Knoten- und Maschenregel, etc. Bei Softwaresystemen müssen diese daher immer künstlich erschlossen und definiert werden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 17

18 Beispiel: Analoge Subtraktion Komponente Mathe. Beschreibung Prof. Dr. Nikolaus Wulff 18

19 Das Innere der Komponente Design Pattern Prof. Dr. Nikolaus Wulff 19

20 Top Down OO-Modelbildung Ermittlung der Szenarien / Use Cases Ableiten der zentralen Schnittstellen und Highlevel Abstraktionen. Überführung in Module und Komponenten Entwicklung der Komponenten mit Design Mustern. Implementierung und Testen der Klassen. Bottom Up Zusammenbau der Komponenten. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 20

21 Use Case Diagramm Systemgrenze ext. System als Akteur modelliert Akteure «include» «uses» «include» «uses» Prof. Dr. Nikolaus Wulff 21

22 Design Muster Mitte der 90er Jahre wurden einige erprobte Gesetzmäßigkeiten als Design Muster beschrieben. Sie stellen allgemeine immer wieder vorkommende Lösungsmuster dar. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 22

23 Das Composite Pattern Ein Composite bildet eine Teile-Ganzes Hierarchie bestehend aus Knoten und Blättern. Der Client merkt dies im Prinzip nicht. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 23

24 Anwendung des Composite Pattern Der augenblickliche Wert des Depot wird rekursiv über alle Konten ermittelt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 24

25 Flexibilität des Composite Patterns Die Erweiterung des Modells um eine neue Wertpapierart ist einfach. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 25

26 Muster und Komponenten Die nächst höhere Stufe der OO-Entwicklung sind die Komponenten. Komponenten kommen in größeren architektonischen Strukturen vor. Meistens sind sie ihrerseits aus kleineren Subsystemen mit Hilfe von Design Mustern gebaut. Das Zusammenspiel von Komponenten wird dann mit Architektur Mustern beschrieben. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 26

27 Zusammenfassung Software ist inhärent komplex. Ihre Komplexität überschreitet oft die intellektuelle Kapazität eines einzelnen Menschen. Die Aufgabe des Design(teams) ist es, die Illusion der Einfachheit zu vermitteln. Komplexität nimmt oft die Form einer Hierarchie an. Komplexe Systeme entstehen aus stabileren, kleineren Zwischenformen. Objektorientierung ist die Methode zur Strukturierung derartiger Softwarelösungen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff 27