8. Objektorientierte Programmierung. Informatik II für Verkehrsingenieure

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1 8. Objektorientierte Programmierung Informatik II für Verkehrsingenieure

2 Grundbegriffe ALAN KAY, ERFINDER DER SPRACHE SMALLTALK, HAT DIE GRUNDBEGRIFFE DER OBJEKTORIENTIERTEN PROGRAMMIERUNG WIE FOLGT ZUSAMMENGEFASST: Alles ist ein Objekt. Objekte kommunizieren durch Nachrichtenaustausch. Objekte haben ihren eigenen Speicher. Jedes Objekt ist ein Exemplar einer Klasse. Die Klasse modelliert das gemeinsame Verhalten ihrer Objekte. Ein Programm wird ausgeführt, indem dem ersten Objekt die Kontrolle übergeben und der Rest als dessen Nachricht behalten wird. 2

3 Prinzipien NEBEN DEN GRUNDBEGRIFFEN SIND FOLGENDE PRINZIPIEN WICHTIG: Objekte Klasse Attribute Fähigkeiten Objektorientierte Programmierung Abstraktion Vererbung Kapselung Beziehungen Persistenz Polymorphie 3

4 Beispiel KLASSE/OBJEKTSCHABLONE OBJEKTE/INSTANZEN 4

5 Inhalt FOLGENDE BEGRIFFE/PRINZIPIEN SOLLTEN BEKANNT SEIN Objekte Klasse Attribute Fähigkeiten Objektorientierte Programmierung Abstraktion Vererbung Kapselung Beziehungen Persistenz Polymorphie BEZIEHUNG UND VERERBUNG ZWISCHEN OBJEKTEN Modellierung in UML Umsetzung in Java 5

6 Beispiel WELCHE OBJEKTE WERDEN FÜR DIE VERWALTUNG EINER UNIVERSITÄT BENÖTIGT? Reale Welt: Universität 6

7 Beziehungen zwischen Objekten

8 Beziehungen KLASSEN UND DEREN OBJEKTE KÖNNEN IN UNTERSCHIEDLICHSTEN BEZIEHUNGEN ZUEINANDERSTEHEN Assoziation (Verknüpfung) Aggregation (Zusammenlagerung) Komposition (Zusammensetzung) BEISPIELE 8

9 Beziehungen (1) UML-OBJEKTDIAGRAMM Objekte und deren Beziehungen werden im Objektdiagramm spezifiziert Objektdiagramm modelliert Systemzustand auf Objektebene zu bestimmtem Zeitpunkt (Momentaufnahme bzw. Schnappschuss) Meist anonyme Objekte verwendet 9

10 Beziehungen (2) UML-KLASSENDIAGRAMM Klassendiagramm beschreibt das statische Modell des Systems Abstraktion von den konkreten Objekten 10

11 Assoziationen UML-ASSOZIATIONEN Zwischen Objekten können verschiedene Beziehungen bestehen - z.b. Person besitzt Auto, Student besucht Vorlesung Beschreibung als Assoziation - Konkrete Objektbeziehung ist Exemplar einer Assoziation - Binäre und höherwertige Assoziationen 11

12 Notation UML-Assoziationen Durchgezogene Linie Bezeichnung beschreibt eine Richtung der Assoziation Dreieck legt Leserichtung fest Multiplizität an Linienenden - 0 als Untergrenze = Kann-Assoziation - >=1 als Untergrenze Muss-Assoziation Rollennamen an Linienenden - Beschreibt Bedeutung der Klasse in Assoziation Reflexive Assoziation - Beide Assoziationsenden sind mit der selben Klasse verknüpft 12

13 Einschränkungen KÖNNEN ALS TEXT FREI FORMULIERT WERDEN FÜR EINE ASSOZIATION Bedingungen über Attribute, Klassenzuge-hörigkeit und Assoziationen formuliert werden XOR-EINSCHRÄNKUNG Nur eine von zwei Assoziationen kann zu einem Zeitpunkt existieren {XOR} 13

14 Assoziationsklassen AGGREGATION Binäre Assoziation ist Teil von Beziehung Ganzes bleibt bestehen, wenn Teile entfernt werden Teile existieren weiter, wenn Ganzes entfernt wird Ein Teil -Objekt kann in mehrere Aggregationen einbezogen sein KOMPOSITION Starke Form der Aggregation setzt sich zusammen aus Beziehung Wird Ganzes zerstört, werden auch die Teile zerstört Werden Teile entfernt, besteht auch das Ganze nicht weiter Ganzes -Objekt erzeugt und löscht Teil - Objekte 14

15 Generalisierung und Spezialisierung (Vererbungsbeziehungen)

16 IS-A-Beziehung IS-A-BEZIEHUNG ZWISCHEN KLASSEN E1 is-a E2 bedeutet, dass jedes Objekt aus E1 auch ein Objekt aus E2 ist, jedoch mit zusätzlichen Eigenschaften (Gestalt und Fähigkeiten) E2 Is-A-Beziehung E1 VERERBUNG VON EIGENSCHAFTEN (ATTRIBUTE, METHODEN) DER SUPERKLASSE AN ALLE SUBKLASSEN Wiederverwendbarkeit, Erweiterbarkeit Keine Wiederholung von Beschreibungsinformationen, Fehlervermeidung 16

17 Generalisierung/Spezialisierung IS-A-BEZIEHUNGEN REALISIEREN ABSTRAKTIONSKONZEPTE DER GENERALISIERUNG UND SPEZIALISIERUNG GENERALISIERUNG: BOTTOM-UP VORGEHENSWEISE Bildung allgemeinerer Superklassen aus zugrundeliegenden Subklassen Übernahme gemeinsamer Eigenschaften und Unterdrückung spezifischer Unterschiede Rekursive Anwendbarkeit à Generalisierungshierarchie SPEZIALISIERUNG: TOP-DOWN VORGEHENSWEISE Zuerst werden die allgemeineren Superklassen, dann die spezielleren Subklassen beschrieben 17

18 Generalisierung Beziehung zwischen allgemeiner und spezialisierter Klasse Bildet Klassenhierarchie bzw. Generalisierungsstruktur Spezialisierte Klasse erbt alle Eigenschaften der allgemeinen Klasse und fügt zusätzliche Eigenschaften hinzu Jedes Objekt der Oberklasse ist ein Objekt der Unterklasse Objekte spezialisierter Klassen können an Stelle aller Oberklassen verwendet werden 18

19 Notation Generalisierung Linie mit nicht ausgefülltem Pfeil in Richtung Oberklasse Beide Darstellungen gleichberechtigt Unterklassen können wiederum Oberklasse weiterer spezialisierter Unterklassen sein 19

20 Generalisierung/Spezialisierung OFT KEINE REINE HIERARCHIE, SONDERN NETZWERK (N:M) Eine Klasse kann Subklasse mehrerer Superklasssen sein Ein Objekt kann gleichzeitig Instanz verschiedener Klassen sein Zyklen sind nicht erlaubt/sinnvoll (A is-a B, B is-a A) 20

21 Komplexes Beispiel

22 Mini-Welt : Universität 22

23 Objektorientierte Umsetzung in Java

24 Collections EIGENSCHAFTEN DER BEZIEHUNGEN (MULTIPLIZITÄTEN) In der Regel ist die genaue Anzahl der Objektbeziehungen nicht bekannt Mit Java-Arrays können zwar eine Menge von Objektbeziehungen abgespeichert werden; Länge der Arrays ist aber unveränderlich Ausweg: Listen LISTEN UND ANDERE SAMMLUNGEN (COLLECTIONS) VON OBJEKTEN WERDEN VON JAVA COLLECTIONS FRAMEWORK BEREITGESTELLT 24

25 Listen 25

26 Listen 26

27 Listen: andere Implementierung 27

28 Interfaces und Implementierungen 28

29 Iteratoren 29

30 Iteratoren 30

31 Iteratoren: Verkürzte Schreibweise 31

32 Umsetzung Vererbung in Java UMSETZUNG KLASSE MITARBEITER VERERBUNG IN JAVA class SubC extends SuperC { } SubC enthält alle Methoden + Variablen aus SuperC Java erlaubt nur eine Ober-Klasse ( Einfachvererbung ) PUBLIC CLASS MITARBEIER { STRING FAMILIENNAME; DATE GEBURTSTAG; VOID BERECHNEKOSTEN() {.. } VOID ERLEDIGEAUFTRAG() {.. } } UMSETZUNG ANGESTELLTER PUBLIC CLASS ANGESTELLTER EXTENDS MITARBEITER { } 32

33 Zusammenfassung

34 Take-Home-Message FOLGENDE BEGRIFFE/PRINZIPIEN SOLLTEN JETZT BEKANNT SEIN: Objekte Klasse Attribute Fähigkeiten Objektorientierte Programmierung Abstraktion Vererbung Kapselung Beziehungen Persistenz Polymorphie SCHWERPUNKT DER HEUTIGEN VERANSTALTUNG Modellierung von Beziehungen und Vererbung in UML Umsetzung von Assoziationen in Java Collections in Java 34