01. Grundprinzipien der Vererbung

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1 01. Grundprinzipien der Vererbung

2 1.1 Grundidee der Vererbung Bei der Analyse eines Problems (z.b. Baukasten) stellt man beispielsweise fest, dass 67 % an Daten/Funktionen immer vorkommen 25 % an Daten/Funktionen häufig vorkommen 8% an Daten/Funktionen selten vorkommen Basis-/Superklasse Eigenschaften Methoden Eigenschaften Subklasse Methoden Eigenschaften Spezialklasse Methoden Daten Funktionen 67% 25% 8% Modellierung einer Klasse mit allen Gemeinsamkeiten Basis- oder Superklasse Modellierung von Klassen mit vielen Gemeinsamkeiten unter Verwendung der Basis- /Superklasse usw. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

3 Beispiele Basisklasse Geo_Figur Bauteil Artikel Konto (Superklasse) > Ist-Beziehung Ist-Beziehung Ist-Beziehung Ist-Beziehung abgeleitete Klasse Dreieck Lampe Druckerpapier Girokonto (Subklasse) > Ist-Beziehung Ist-Beziehung Spezielle Klasse gleichseitiges Geschäfts- Dreieck konto Ist-Beziehung: Ein Objekt vom Typ Dreieck ist ein spezielles Objekt der Klasse Geo_Figur Ein Objekt vom Typ Druckerpapier ist ein spezielles Objekt der Klasse Artikel usw. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

4 Beispiele Geo_Figur Bauteil Artikel > > > Dreieck Viereck Ellipse Lampe Kabel Schalter Druckerpapier Toner Gut gewählte Basisklassen sind ein wichtiges Design-Element in der Gestaltung komplexer Systeme. Reale Objekte dieser Basisklassen werden oft nicht benötigt -> abstrakte Klassen Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

5 1.2 Definition abgeleiteter Klassen class Abgeleiteteklasse: public Basisklasse private: // hier kommen die zusätzlichen private-elemente // (Eigenschaften und Methoden)... public: // hier kommen die zusätzlichen public-elemente // (Eigenschaften und Methoden)... }; public-vererbung (es gibt noch andere ) Alle public-elemente der Basisklasse sind in der abgeleiteten Klasse auch wieder public-elemente Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

6 Beispiele class Girokonto: public Konto... }; class Druckerpapier: public Artikel... }; class Lampe: public Bauteil... }; class Toner: public Artikel... }; Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

7 Beispiel class Druckerpapier: public Artikel private: unsigned int paketgroesse;//neue Eigenschaft double paketpreis;//neue Eigenschaft public: Druckerpapier(unsigned int,string,unsigned int);//konstruktor void setpaketpreis(double);//neue Methode void anzeigen();// ersetzte Methode }; Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

8 Andere Vererbungen Private/protected-Vererbung Mehrfachvererbung Bauteil Bauteil Bauteil Schalter Schalter Lampe Schalter_mit_Kontrolleuchte Schalter_mit_Kontrolleuchte Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

9 Elemente der abgeleiteten Klassen Die abgeleitete Klasse - besitzt alle Eigenschaften der Basisklasse - kann neue private-elemente festlegen; auf die kann in der abgeleiteten Klasse zugegriffen werden. Auf die private-elemente der Basisklasse kann nicht direkt zugegriffen werden (nicht sichtbar). -kann neue public-elemente festlegen -Elementen der Basisklasse eine neue Bedeutung geben (Redefinition) Beispiel: die Methode anzeigen für die Anzeige aller Eigenschaften wird angepasst. Diese überdeckt die entsprechende Methode der Basisklasse, d.h. die Methode anzeigen der abgeleiteten Klasse wird dann verwendet. Will man dennoch die Methode der Basisklasse verwenden muss der Bereichsoperator :: verwendet werden : namederbasisklasse::anzeigen() -kann mit den Methoden (der abgeleiteten Klasse) auf alle Elemente (public+private) der abgeleiteten Klasse zugreifen. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

10 1.3 UML Bisher: Klassendiagramme und Objektdiagramme als "Stand-alone" Diagramm Beziehungen können zwischen 2 Klassen existieren Bezeichnung Klasse 1 Name Klasse 2 Generalisierung: Drucker- ist ein Artikel papier Assoziation Mitarbeiter arbeitet für Firma Aggregation Lampe ist Teil von Schaltung (1) Komposition Rechnungs- ist Teil von Rechnung (2) position (1) Klasse 1 kann ohne Klasse 2 existieren (2) Klasse 1 kann ohne Klasse 2 nicht existieren Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

11 UML: Vererbung/Generalisierung Artikel -artikelnummer: unsigned int -bezeichnung: string -bestand: unsigned int -stueckpreis: double +Artikel(unsigned int, string) +reserviere(unsigned int):unsigned int +zugang(unsigned int):void +anzeigen():void Eine abgeleitete Klasse wird mit der Basisklasse durch einen Pfeil mit durchgezogener Linie und nicht ausgefüllter Spitze verbunden is a (ist ein) Beziehung Verwandte Begriffe: Generalisierung, Spezialisierung Druckerpapier -paketgroesse: unsigned int -paketpreis: double +Druckerpapier(uns. int, string,uns. int) +anzeigen():void Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

12 UML: Vererbung Artikel -artikelnummer: unsigned int -bezeichnung: string -bestand: unsigned int -stueckpreis: double +Artikel(unsigned int, string) +reserviere(unsigned int):unsigned int +zugang(unsigned int):void +anzeigen():void mehrere abgeleitete Klassen Druckerpapier Toner -paketgroesse: unsigned int -paketpreis: double +Druckerpapier(uns. int, string,uns. int) +anzeigen():void +Toner(unsigned int, string) +anzeigen():void Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

13 UML: Beziehung Klasse-Objekt Artikel -artikelnummer: unsigned int -bezeichnung: string -bestand: unsigned int -stueckpreis: double +Artikel(unsigned int, string) +reserviere(unsigned int):unsigned int +zugang(unsigned int):void +anzeigen():void ^ Ein Objekt kann mit einer Klasse durch einen gestrichelten Pfeil verbunden werden instance of (ist abhängig von) - Beziehung a1: Artikel artikelnummer= bezeichnung=bueroklammern bestand=75 Preis=1,25 Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

14 1.4 protected Die abgeleitete Klasse kann nicht direkt auf die privaten Elemente der Basisklasse zugreifen sondern nur mittels public-methoden der Basisklasse. Beispiel: bezeichnung aus Artikel steht in Toner nur mittels der Methode getbezeichnung() der Basisklasse zur Verfügung Lösung: Einführung von protected-elementen Auf protected-elemente der Basisklasse kann in den abgeleiteten Klassen direkt (d.h. ohne Methoden) zugegriffen werden. In anderen Klassen ist nach wie vor kein Direkt-Zugriff möglich. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

15 class Artikel protected: unsigned int artikelnummer; string bezeichnung; unsigned int bestand; double stueckpreis; }; Beispiel protected public: //Prototypen der Methoden Artikel(); Artikel(unsigned int,string); void zugang(unsigned int); unsigned int reserviere(unsigned int); void anzeigen(); unsigned int getbestand(); void setstueckpreis(double); Damit kann etwa in einem Objekt der Klasse Toner oder Druckerpapier direkt auf bestand, stueckpreis etc. zugegriffen werden.. Ohne protected geht es nur mit getbestand usw. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

16 Beispiel protected void Druckerpapier::anzeigen() cout << "\nartikel " <<setw(6)<<setfill('0')<< artikelnummer; cout << "\t"; cout << setw(20) << setfill(' ')<<bezeichnung; cout << " Bestand "<<setw(4)<<bestand<< " Stueck Preis/Stueck "; cout <<setprecision(2)<<fixed<<setw(6)<<stueckpreis<<endl; cout<< "\t\t\tpaketgroesse "<<setw(4)<<paketgroesse; cout << "\t\t Paketpreis "; cout <<setprecision(2)<<fixed<<setw(6)<<paketpreis<<endl; } Ohne protected müssten hier Methoden wie getartikelnummer(), getbezeichnung(), getbestand, getstueckpreis() aufgerufen werden Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

17 1.5 Redefinierte Methoden Eine Redefinition ist die Vereinbarung einer Methode in der abgeleiteten Klasse, zu der es eine Methode gleichen Namens in der Basisklasse gibt. class Artikel private: public: void anzeigen(); }; class Druckerpapier: public Artikel private: public: void anzeigen();//redefinition }; Problem beim Aufruf: x.anzeigen(); Welche Methode wird genommen? Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

18 Beispiel void Artikel::anzeigen() // Basisklassenmethode cout << "\nartikel " <<setw(6)<<setfill('0')<< artikelnummer; cout << "\t"; cout << setw(20) << setfill(' ')<<bezeichnung; cout << setw(4) << right; cout << " Bestand "<<setw(4)<<bestand<< " Stueck Preis/Stueck "; cout <<setprecision(2)<<fixed<<setw(6)<<stueckpreis<<endl; } void Druckerpapier::anzeigen()//redefinierte Methode cout << "\npapier " <<setw(6)<<setfill('0')<< artikelnummer; cout << "\t"; cout << setw(20) << setfill(' ')<<bezeichnung; cout << setw(4) << right; cout << " Bestand "<<setw(4)<<bestand<< " Stueck Preis/Stueck "; cout <<setprecision(2)<<fixed<<setw(6)<<stueckpreis<<endl; cout<< "\t\t\tpaketgroesse "<<setw(4)<<paketgroesse; cout << "\t\t Paketpreis"; cout <<setprecision(2)<<fixed<<setw(9)<<paketpreis<<endl; } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

19 Redefinierte Methoden Es entscheidet der Typ des Objekts, welche Methode verwendet wird. Die Methode der Basisklasse kann für Objekte der abgeleiteten Klasse nur durch Verwendung des Bereichsoperators :: herangezogen werden. Beispiel: Artikel a1; Druckerpapier d1(117, Office Jet,5); a1.anzeigen(); // anzeigen der Basisklasse Artikel wird verwendet d1.anzeigen(); // anzeigen der abgeleiteten Klasse Druckerpapier wird verwendet d1.artikel::anzeigen(); // anzeigen aus der Basisklasse Artikel wird verwendet Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

20 Beispielprogramm void main() Artikel a1; Druckerpapier d1(110,"office", 5); a1.anzeigen(); d1.anzeigen(); d1.artikel::anzeigen(); } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

21 Namenssuche Wie wird die Methode xyz() in einer Klasse gefunden? Es wird gesucht, ob die aktuelle Klasse eine Methode xyz() besitzt. Falls gefunden : Methode wird gewählt. Falls nicht gefunden : Es wird eine public-methode xyz in der nächsthöheren Basisklasse gesucht. Dieser Vorgang wird gegebenenfalls wiederholt. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

22 1.6 Konstruktoren der abgeleiteten Klasse Es müssen prinzipiell alle Eigenschaften der Basisklasse und der abgeleiteten Klasse belegt werden. Hierzu gibt es zunächst 3 Vorgehensweisen (später noch eine) für einen Konstruktor einer abgeleiteten Klasse: a) Man belegt alle Eigenschaften der Basisklasse (mit Methoden der Basisklasse!!!) und die der abgeleiteten Klasse direkt. b) Sofern die Eigenschaften der Basisklasse als protected deklariert wurden lassen sich alle Eigenschaften direkt belegen. c) Man verwendet einen Konstruktor der Basisklasse und belegt die Eigenschaften der abgeleiteten Klasse direkt. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

23 Beispiel Konstruktoren der Basisklasse Artikel::Artikel() cout<<"test: Aufruf Defaultkonstruktor Artikel"<<endl; //fuer Test artikelnummer=0; bezeichnung="leer"; bestand=0; stueckpreis=0.0; } Artikel::Artikel(unsigned int nr,string bez) cout<< Test Aufruf Konstruktor Artikel ;//fuer Test artikelnummer=nr; bezeichnung=bez; bestand=0; stueckpreis=0.0; } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

24 Beispiel Konstruktor der abgeleiteten Klasse (a) Druckerpapier::Druckerpapier (unsigned int p_nummer, string p_bezeichnung, unsigned int p_paketgroesse) cout<< Test: Aufruf Konstruktor Druckerpapier ;//fuer Test setartikelnummer(p_nummer); //erforderliche Methode der Basisklasse setbezeichnung(p_bezeichnung); //erforderliche Methode der Basisklasse setbestand(0); //erforderliche Methode der Basisklasse setstueckpreis(0.0); //erforderliche Methode der Basisklasse paketgroesse= p_paketgroesse; paketpreis=0.0; }; Problem: Es wurde nur die Methode setstueckpreis vorgesehen. Die anderen gibt es (noch nicht) nicht. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

25 Beispiel abgeleitete Klasse/protected- (b) Druckerpapier::Druckerpapier (unsigned int p_nummer, string p_bezeichnung, unsigned int p_paketgroesse) cout<< Test: Aufruf Konstruktor Druckerpapier ;//fuer Test artikelnummer=p_nummer; //erlaubt wenn protected bezeichnung=p_bezeichnung; //erlaubt wenn protected bestand=0; //erlaubt wenn protected stueckpreis=0.0; //erlaubt wenn protected paketgroesse= p_paketgroesse; paketpreis=0.0; }; Was passiert Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

26 Beispiel main: Aufruf Defaultkonstruktoren void main() Druckerpapier k1(110,"office", 5); k1.anzeigen(); } -> Der Defaultkonstruktor der Basisklasse wird im Konstruktor der abgeleiteten Klasse zuerst aufgerufen. ACHTUNG: Es wird immer ein Konstruktor der Basisklasse aufgerufen. Eigenschaften der Basisklasse werden also doppelt initialisiert -> ungeschickt. Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

27 Konstruktor mit Basisklassenkonstruktor-( c ) Idee: Verwendung eines Konstruktor der Basisklasse für Eigenschaften der Basisklasse und direkte Belegung der Eigenschaften der abgeleiteten Klasse Druckerpapier::Druckerpapier(unsigned int nr,string bez,unsigned int pk): Artikel(nr,bez) cout<<"test: Aufruf Konstruktor Druckerpapier"<<endl; paketgroesse=pk; paketpreis=0.0; } : KonstruktorBasisklasse( ) Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

28 Konstruktor mit Basisklassenkonstruktor Allgemein AbgeleiteteKlasse::AbgeleiteteKlasse( ): Basisklasse( ) neueeigenschaft1=parameterx;. } Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

29 Beispiel main: Aufruf Konstruktor c void main() Druckerpapier k1(110,"office", 5); k1.anzeigen(); } Der ausgewählte Konstruktor der Basisklasse wird nun aufgerufen -> keine doppelte Initialisierung Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik

30 #include "artikel.h" #include "Druckerpapier.h" using namespace std; 1.7 Testprogramm void main() Druckerpapier k1(110,"office", 5); k1.anzeigen(); k1.setstueckpreis(2.70);//basisklassenmethode k1.setpaketpreis(12.5);//methode der abgeleiteten Klasse k1.anzeigen(); //Methode der abgeleiteten Klasse }; Dr. Norbert Spangler / Grundlagen der Informatik