Vorlesung Programmieren

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1 Vorlesung Programmieren 1. Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek Version 1.0 ARBEITSGRUPPE ARCHITECTURE-DRIVEN REQUIREMENTS ENGINEERING (ARE) INSTITUT FÜR PROGRAMMSTRUKTUREN UND DATENORGANISATION (IPD), KIT-FAKULTÄT FÜR INFORMATIK are.ipd.kit.edu KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Organisatorisches Erstes Tutorium: bringen Sie Ihren Laptop mit, falls vorhanden Die Tutorien finden ab heute statt Das Tutorium 19 entfällt aus organisatorischen Gründen Falls Sie diesbezüglich keine bekommen haben, fragen Sie bitte Frau Yurchenko nach der Vorlesung Einverständniserklärung bitte bis per Programmieren- Briefkasten abgeben, falls noch nicht geschehen Parallel zur Vorlesung im Audimax gibt es Live-Streams in die Hörsäle: -101, Gebäude 50.34, 1. UG -102, Gebäude 50.34, 1. UG Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

3 Semesterplan - Überblick Objekte und Klassen Typen und Variablen Kontrollstrukturen Konstruktoren und Methoden Arrays; Konvertierung, Datenkapselung, Sichtbarkeit Listen und Abstrakte Datentypen Vererbung Interfaces und Generics; Exceptions Rekursion; Java API Testen und Assertions Parsen, Suchen, Sortieren Präsenzübung Objektorientierte Design-Prinzipien Vom Programm zur Maschine, Best Practices Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

4 Literaturhinweis - Weiterlesen Dietmar Ratz, Jens Scheffler, Detlef Seese und Jan Wiesenberger Grundkurs Programmieren in Java, 7. Auflage, 2014 (mit Java 8), Hansa-Verlag Abschnitt 2.2. Was heißt Programmieren? Abschnitt 3.1. Mein erstes Programm Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

5 Was ist Programmierung? Aufgabe: Aufstellung der Personen der Größe nach Verfügbare Instruktionen: 1. nach links oder rechts weitergeben 2. nach links oder rechts weitergeben 3. Personen, die oder halten, wechseln den Platz Beispielablauf: 1. nach rechts 2. Platz wechseln 3. nach links 4. Platz wechseln Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

6 War das nun Programmieren? Zum Teil ja: Präzise festgelegter Prozess Eindeutige Instruktionen Es fehlt: Ein allgemeiner Plan, der angibt, welcher Schritt als nächstes zu tun ist Allgemein: für beliebige Anzahl von Personen Möglichst abstrakt, d.h. (z.b.) nicht nur auf Personen bezogen Dies wäre dann ein Programm! Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

7 Bubblesort Implementierung public class BubbleSort { public static void sort(long[] a) { for (int pass = 1; pass < a.length; pass++) { for (int i = 0; i < a.length - pass; i++) { if (a[i] > a[i+1]) { long tmp = a[i]; a[i] = a[i+1]; a[i+1] = tmp; Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

8 System.out.println("Hello World!"); Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

9 System.out.println("Hello World!"); Wie starte ich mein Java-Programm? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

10 Praxis: Übersetzen von Java-Klassen Der Prozessor versteht kein Programm in einer höheren Programmiersprache, wie z.b. Java! Er verarbeitet nur Binärcode! Java-Programme müssen daher zunächst übersetzt ( compiliert ) werden javac Jede Klasse in einer eigenen Datei: class SimpleProgram Datei SimpleProgram.java Dateiname muss dem Klassennamen entsprechen Klassendeklaration in Java SimpleProgram. java Java-Compiler javac Ausführbare Version der Klasse ( Bytecode ) SimpleProgram. class Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

11 System.out.println("Hello World!");...$javac SimpleProgram.java Wie starte ich mein Java-Programm? Kompilieren Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

12 Praxis: Ausführen von Java-Programmen Mit javac übersetze Programme (Klassen) werden mit dem Java-Interpreter java ausgeführt. Im Beispiel: java SimpleProgram Dabei wird in der angegebenen Klasse die Methode main gesucht und diese gestartet. main muss deklariert sein als public static void main(string args[]) {... Ausgaben können mittels System.out.print() und System.out.println() vorgenommen werden; letzteres gibt einen Zeilenvorschub mit aus Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

13 System.out.println("Hello World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Wie starte ich mein Java-Programm? Kompilieren Ausführen Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

14 Wozu Compiler? Ein Programm ist ein Algorithmus, der in einer Programmiersprache geschrieben wurde. Die Programmierer sprechen also mit dem Rechner. Zum Sprechen kann in einer Sprache erfolgen, die der Rechner direkt versteht. Binärcode Eine Notation mit Nullen und Einsen Für Menschen schwer verständlich Idee: Maschinennahe Sprachen, auch Assemblersprache genannt. Assemblersprache besteht aus Buchstaben und Ziffern, z.b.: MOV RG1 RG5 ADD RG2 RG Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

15 Wozu Compiler? Assemblercode kann direkt vom Prozessor ausgeführt werden. Abhängig vom Prozessortyp Verwenden einer benutzernahen Sprache Höhere Programmiersprachen Übersetzer notwendig Übersetzer ist eine spezielle Software, die den Code einer höheren Programmiersprache übersetzt in die Maschinensprache oder eine Zwischensprachen Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

16 Compiler vs. Interpreter Compiler Compiler transformieren die Programme in einer höheren Sprache in maschinennahe Programme. Compiler übersetzen die Programme nicht vollständig. Die Programme werden später ausgeführt. Interpreter Interpreter werden benutzt, wenn die Programme Anweisung für Anweisung übersetzt werden. Die Programme werden unmittelbar ausgeführt Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

17 Übersetzung in Maschinennahe Sprache Traditionelle höhere Programmiersprachen benötigen für jeden Prozessortyp einen Compiler. Der Quellcode wird in das Zielprogramm übersetzt. Das Programm muss für jeden Prozessortyp übersetzt werden Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

18 Interpretation nach Vorübersetzung Java hingegen ist plattformunabhängig. Nur ein Compiler wird für alle Plattformen benötigt. Compiler übersetzt den Quellcode in Java-Bytecode. Java-Bytecode ist unabhängig von einem bestimmten Prozessor. Java-Bytecode kann nicht unmittelbar ausgeführt werden. Java-Bytecode ist portabel. Java-Bytecode wird für einen virtuellen Prozessor gefertigt. Der virtuelle Prozessor wird die virtuelle Maschine (VM) genannt. Java-Interpreter analysiert den Java-Bytecode und führt ihn aus Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

19 Übersetzung und Ausführung in Java Java-Quellcode Vector2D.java Java-Compiler javac Java-Bytecode Vector2D.class java Java VM für Windows Java VM für Linux Java VM für MacOS Ausführbares Windows-Programm Ausführbares Linux- Programm Ausführbares MacOS-Programm Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

20 Just In Time Compilation Ein leichtgewichtiger Compiler Findet während der Ausführung des Codes statt Ziel: Optimierung des Codes zum Verbessern der Performance Optimierung des häufig auszuführenden Codes, wie z.b. Schleifen Beispiele für die Code-Optimierung: Entfernen von redundanten Aufrufen (z.b. durch Ersetzen mit einer lokalen Variable) Copy Propagation (Beispiel: Ersetzen von z=x+y und y=f durch z=x+f) Entfernen vom toten Code (Code, der nie aufgerufen wird oder dessen Ergebnis nie benutzt wird) Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

21 System.out.println("Hello World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Wie ändere ich die Ausgabe? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

22 System.out.println("Hello World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Wie ändere ich die Ausgabe? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

23 System.out.println("Hello!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Wie ändere ich die Ausgabe? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

24 System.out.println("Hello!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Wie ändere ich die Ausgabe? Muss ich das Programm wieder kompilieren? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

25 System.out.println("Hello!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Wie ändere ich die Ausgabe? Muss ich das Programm wieder kompilieren? Ja Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

26 System.out.println("Hello!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello! Wie ändere ich die Ausgabe? Muss ich das Programm wieder kompilieren? Ja Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

27 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello! Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

28 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$ Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

29 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

30 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World! Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

31 System.out.println("1+1");...$ Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

32 System.out.println("1+1");...$javac SimpleProgram.java Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

33 System.out.println("1+1");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 1+1 Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

34 Ein Beispiel für eine Klasse Klassenname Methodenname System.out.println("Hello"); System.out.println("World!"); main-methode...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ Woraus besteht das einfache Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

35 int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$ Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

36 int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Welche Ausgabe erwarte ich? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

37 int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Woraus besteht das modifizierte Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

38 Variablendeklaration int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Woraus besteht das modifizierte Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

39 Variablendeklaration Wert int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Woraus besteht das modifizierte Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

40 Variablenname Variablendeklaration Wert int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Woraus besteht das modifizierte Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

41 Variablentyp Variablenname Variablendeklaration Wert int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber);...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Woraus besteht das modifizierte Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

42 Variablentyp Variablenname Variablendeklaration Wert int firstnumber = 1; int secondnumber = 2; System.out.println(firstNumber+secondNumber); Initialisierung...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram 3 Woraus besteht das modifizierte Beispiel? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

43 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ In welcher Reihenfolge wird mein Programm ausgeführt? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

44 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ In welcher Reihenfolge wird mein Programm ausgeführt? Die Ausführung beginnt mit der main-methode Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

45 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ In welcher Reihenfolge wird mein Programm ausgeführt? Die Ausführung beginnt mit der main-methode Die Ausführung beginnt mit der ersten Zeile der main-methode Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

46 System.out.println("Hello"); System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World!...$ In welcher Reihenfolge wird mein Programm ausgeführt? Die Ausführung beginnt mit der main-methode Die Ausführung beginnt mit der ersten Zeile der main-methode Die Ausführung endet mit der letzten Zeile der main-methode Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

47 System.out.println("Hello"); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$ Welche Ausgabe erwarten wir? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

48 System.out.println("Hello"); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$ Welche Ausgabe erwarten wir? Wird die Methode printworld ausgeführt? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

49 System.out.println("Hello"); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$ Welche Ausgabe erwarten wir? Wird die Methode printworld ausgeführt? Nein Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

50 System.out.println("Hello"); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello Welche Ausgabe erwarten wir? Wird die Methode printworld ausgeführt? Nein Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

51 System.out.println("Hello"); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$ Wie kann ich die Methode printworld ausführen? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

52 System.out.println("Hello"); printworld(); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$ Wie kann ich die Methode printworld ausführen? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

53 System.out.println("Hello"); printworld(); static void printworld(){ System.out.println("World!");...$javac SimpleProgram.java...$java SimpleProgram Hello World Wie kann ich die Methode printworld ausführen? Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

54 Billard-Spiel Programmieren ist nicht nur die Definition von Befehlen und deren Ausführungsreihenfolge. Datenmodellierung y (px,py) (vx,vy) x Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

55 Billard-Spiel Angenommen, wir wollen ein Billard-Spiel programmieren Erster Schritt: Simulation der Bewegung der Kugeln Tisch Größe Kugeln: jede Kugel hat (zu jedem Zeitpunkt): Eine Position auf dem Tisch Eine Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit Evtl. Effet (Drall, Spin) Kugeln können aneinanderstoßen und ändern dann die Bewegungsrichtung y (px,py) (vx,vy) x Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

56 Objektorientierte Programmierung (OOP) Grundidee der Objektorientierten Programmierung: Jedes Objekt der Realität hat ein virtuelles Gegenstück Objekte kooperieren durch Datenaustausch Im Zentrum: Modellierungsfrage Wer macht was? (Im Gegensatz zu: Wie wird s gemacht? ) Gebräuchliche Benennungen für Datenaustausch: Objekt A sendet Nachricht an Objekt B Objekt A ruft eine Methode von Objekt B auf y (px,py) (vx,vy) x Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

57 OOP am Beispiel Billard-Spiel Reale Welt Objektname Programmwelt Objekte Attribute Modellierung length width name getlength() getwidth() getname() addball(...) Table t 254 cm 127 cm Toronto Deluxe Methoden Ball blueball Ball redball diameter Ball whiteball 57,2 mm diameter 57,2 mm weightdiameter 170 g 57,2 mm weight 170 g color weight 170 gred color RED xpos color 30 cmred xpos 30 cm ypos xpos 50 cm30 cm ypos 50 cm ypos 50 cm simulationstep(...) simulationstep(...) simulationstep(...) Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

58 Klassen: Der Bauplan von Objekten Objekt Klasse (Java) Ball redball diameter 57,2 mm weight 170 g color RED xpos 30 cm ypos 50 cm simulationstep(...) class Ball { // Attribute float diameter; // in mm Int weight; // in gram... float xpos; // in cm float ypos; // in cm... // Methoden void simulationstep() { Aus einer Klasse können beliebig viele Objekte ( Objekt-Instanzen, Instanzen der Klasse ) dieses Bauplans erzeugt werden Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

59 Definition: Objekte und Klassen Ein Objekt wird durch drei Aspekte charakterisiert: Identität Objekteigenschaften können sich ändern, die Identität des Objekts bleibt aber gleich Durch Objektnamen sichergestellt Zustand Menge der Eigenschaften des Objekts zu einem Zeitpunkt Durch Attribute realisiert Verhalten Ausführen von Aktionen, die den Zustand ändern können Durch Methoden realisiert Eine Klasse ist ein Bauplan für gleichartige Objekte und legt fest welche Attribute die Objekt-Instanzen der Klasse haben welche Methoden die Objekt-Instanzen der Klasse haben Grady Booch, Object Oriented Analysis and Design Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

60 Ursprung Objektorientierter Programmierung 1960er Jahre: Ole-Johan Dahl ( ) und Kristen Nygaard ( ) entwickeln die Programmiersprache Simula genauer: erst Simula I, danach Simula 67 Simula steht für SIMulation LAnguage, eine Programmiersprache für Simulationen Erste Programmiersprache, die zwischen Klassen und Objekten unterscheidet Viele weitere Konzepte aus Simula finden sich in heutigen Objektorientierten Sprachen wieder Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

61 Klassen in Java class Ball { // Attribute float diameter; // in mm int weight; // in gram... float xposition; // in cm float yposition; // in cm float xvelocity; // in m/s Float yvelocity; // in m/s // Methoden... Kommentare Zwei Arten von Kommentaren in Java: // Zeilenkommentar /* längerer Kommentar über mehrere Zeilen */ Schema: class Name { Klassenrumpf Klassen-Deklaration Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

62 Ist die Klassendefinition gut so? class Ball { // Attribute float diameter; // in mm int weight; // in gram... float xposition; // in cm float yposition; // in cm float xvelocity; // in m/s Float yvelocity; // in m/s Wir haben zweimal fast dasselbe Konstrukt. Lässt sich das vereinfachen? // Methoden... Ja! Abstraktion der x/y-paare in eine neue Klasse Vector2D Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

63 Abstraktion: Klasse für Koordinatenpaare class Ball { // Attribute float diameter; // in mm int weight; // in gram... float Vector2D xposition; position; // in cm float Vector2D yposition; velocity; // in cm m/s float xvelocity; // in m/s Float // Methoden yvelocity; // in m/s... // Methoden... class Vector2D { // Attribute: x/y-koordinaten float x; float y; // Methoden... Was haben wir gewonnen? Kürzere, übersichtlichere Klassendeklaration Strukturierung, Kapselung von Daten Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

64 Wie erzeugt man Objekte? Objekte werden mit dem new-operator erzeugt Vector2D position = new Vector2D(); // erzeugt Vektor position Vector2d velocity = new Vector2D(); // erzeugt Vektor velocity Ball ball = new Ball(); // erzeugt Billardkugel Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

65 Jetzt sind Sie gefragt! Wir modellieren die Mensa Bauplan für gleichartige Objekte Welche Klassen benötigen wir? Welche Attribute? Welche Methoden? Eigenschaften eines Objekts (Zustand) Aktionen, welche den Objekt-Zustand ändern können (Verhalten) Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

66 Wir modellieren die Mensa! name: String postleitzahl: int strasse: String Mensa 1 1 Speiseplan getgericht(name): Gericht * 1..* name: String preis: double Gericht getspeiseplan(): Speiseplan bezahlen(gericht: Gericht, geld: int): int * * Mensabesucher vorname: String nachname: String hunger: boolean geld: int essen(gericht: Gericht) besuchen(mensa: Mensa) Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

67 Jetzt sind Sie gefragt! Schreiben Sie eine main-methode für die Klasse Vector2D, die die Koordinaten eines Vektors ausgibt. class Vector2D { // attributes: // x/y-coordinates float x; float y; class Vector2D { // attributes: x/y-coordinates float x; float y; // main method (for test) public static void main(string args[]) { Vector2D v = new Vector2D(); System.out.println("v.x = " + v.x); System.out.println("v.y = " + v.y); Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements

68 Zusammenfassung Objekte modellieren Gegenstände der realen Welt Klassen sind Baupläne für Objekte Klassen in Java werden deklariert mit class Name { Klassenrumpf Neue Objekte einer Klasse werden mittels new erzeugt Klassen erlauben eine Erweiterung der eingebauten Java-Datentypen Vorlesung Programmieren: Objekte und Klassen Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Koziolek, Arbeitsgruppe Architecture-Driven Requirements