Konzepte und Notation der Analyse gelten auch in Entwurf und Implementierung Erweiterung der Konzepte und Notation für den Entwurf

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1 1 Vorteil der Objektorientierung Konzepte und Notation der Analyse gelten auch in Entwurf und Implementierung Erweiterung der Konzepte und Notation für den Entwurf Ziel der Analyse OOA-Modell als fachliche Lösung Ziel des Entwurfs OOD-Modell als... technische Lösung Spiegelbild des Programms auf höherem Abstraktionsniveau 2 Inhalt 6.1 Objekt/Klasse 6.2 Attribut 6.3 Operation 6.5 Polymorphismus 6.6 Vererbung 6.7 Szenario 6.8 Zustandsautomat

2 3 6.1 Objekt/Klasse Container-Klasse Verwaltet eine Menge von Objekten einer anderen Klasse Sie stellt Operationen bereit, um auf die verwalteten Objekte zuzugreifen Container = Objekt der Container-Klasse Container-Klassen realisieren die Objektverwaltung Typische Container Felder (arrays) Mengen (sets) Objekt/Klasse Beispiel Container für die Verwaltung von Personen Person Personen Name Alter erstelleliste() OOA OOD erstelleliste() 1 * Person Name Alter :Person :Person :Personen :Person

3 5 6.1 Objekt/Klasse Beispiel Sequenzdiagramm für die Verwaltung von Personen im Container :Personen p: Person erstelleliste() getlink() p getname() getalter() Objekt/Klasse Schnittstelle (interface) Spezifiziert einen Ausschnitt aus dem Verhalten einer Klasse Besteht nur aus Signaturen von Operationen Wird durch Klassen realisiert bzw. implementiert (gestrichelter Vererbungspfeil) Eine Schnittstelle ist äquivalent zu einer Klasse, die keine Attribute und ausschließlich abstrakte Operationen besitzt

4 7 6.1 Objekt/Klasse Schnittstelle in Java Kann Konstanten und abstrakte Operationen enthalten Wird mit dem Schlüsselwort interface deklariert Wird von Klassen mit dem Schlüsselwort implements realisiert interface ClassInfo {public abstract String getclassname();} class MyClass implements ClassInfo {public String getclassname() { return "MyClass"; }...} Attribut Sichtbarkeit Analyse Alle Attribute sind außerhalb der Klasse verborgen, jedoch für ihre Unterklassen sichtbar (protected) Entwurf Differenzierung der Sichtbarkeit (visiblility) public (sichtbar für alle anderen Klassen) protected (sichtbar innerhalb der Klasse und in Unterklassen) private (sichtbar nur innerhalb der Klasse)

5 9 6.2 Attribut Notation Attribut-Sichtbarkeit UML Class + publicattribute # protectedattribute privateattribute (für Operationen entsprechend) Abbildung der Attribute in den Entwurf Kreis Kreis Mittelpunkt Radius istsichtbar OOA OOD # Mittelpunkt # Radius # istsichtbar Attribut Klassenattribut Als Klassenattribut realisieren Als Objektattribut einer separaten Klasse realisieren Diese Klasse besitzt dann nur ein einziges Objekt mit dem Wert des Klassenattributs Abgeleitetes Attribut Als Operation realisieren, die stets den aktuellen Wert ermittelt Als Attribut realisieren (Konsistenzprüfung!)

6 Attribut Klassenattribut in Java Kennzeichnung mittels static Zuweisung eines Anfangswerts durch statische Initialisierung, d.h. wenn die Klasse vom Laufzeitsystem geladen wird class Kreis { static int Anzahl = 0;... } Operation Notation Signatur UML Sichtbarkeit Operation (Parameterliste): Ergebnistyp {Merkmal1, Merkmal2,...} Sichtbarkeit [+ # - ] Parameterliste Art Name: Typ = Anfangswert,..., Art = [ in out inout ] Ergebnistyp Fehlt, wenn die Operation keinen Wert zurückgibt

7 Operation Von der Analyse zum Entwurf Analyse Eintrag von Operationen, die für das Verständnis des Fachkonzepts wichtig sind Entwurf Eintrag aller Operationen, die im Programm enthalten sind (keine Verwaltungsoperationen) Kreis Kreis Mittelpunkt Radius istsichtbar OOA OOD # Mittelpunkt # Radius # istsichtbar zeichnen() verschieben() vergrößern() verkleinern() + zeichnen() loeschen() + verschieben() + vergroessern() + verkleinern() 14 Navigation Analyse Alle Assoziationen inhärent bidirektional Entwurf Festlegung, ob uni- oder bidirektionale Implementierung Navigation der Assoziation (navigability)

8 15 Unidirektionale vs. bidirektionale Assoziation Abteilung Angestellter # Bezeichnung + druckegehaltsliste() 1 unidirektional * # Name # Personalnr # Gehalt + druckegehalt() Abteilung Angestellter # Bezeichnung + druckegehaltsliste() 1 bidirektional * # Name # Personalnr # Gehalt + druckeausweis() + druckegehalt() 16 Notation Navigation UML Richtung der Realisierung einer Assoziation mit Pfeilspitze kennzeichnen Eine Assoziation kann keinen, einen oder zwei Pfeile besitzen Zwei Konventionen: 1 Alle Pfeile eintragen Eine Assoziation ohne Pfeile wird nicht realisiert 2 Nicht alle Pfeile eintragen Keine Pfeile: Assoziation wird in beiden Richtungen realisiert Pfeil: Gibt Richtung der Realisierung an Nur sinnvoll, wenn alle Assoziationen des Diagramms auch realisiert werden

9 17 Kardinalität Im OOD-Modell kann Angabe der Kardinalität auf einer Seite fehlen, wenn in dieser Richtung keine Navigation stattfindet Sie ist in diesem Fall irrelevant Sichtbarkeit Für Assoziationen können in der UML zusätzlich Sichtbarkeiten angegeben werden Analog zu Attributen und Operationen Verwendung von +, #, - Verwendung eines expliziten Schlüsselworts (z.b. {public}) als Präfix des Rollennamens 18 Assoziationen mittels Zeigern realisieren Realisierung jeder Richtung einer Assoziation mittels Zeigern zwischen Objekten Jedes Objekt kennt seine assoziierten Objekte Konsistentes Auf- und Abbauen der Verbindungen durch die Operationen muß sichergestellt werden Kardinalität von 0..1 oder 1 Einzelner Zeiger Kardinalität größer 1 Menge von Zeigern Wenn keine Ordnung definiert ist Verwendung von Container-Klassen wie Set, Bag etc.

10 19 Beispiel Realisierung einer bidirektionale Assoziation mittels Zeigern Abteilung 1 * Angestellter :Abteilung :Angestellter :Abteilung :Angestellter :Abteilung :Angestellter 20 Assoziation mittels Klasse realisieren Realisierung der Assoziation mittels einer eigenen Klasse Wird nicht im Klassendiagramm dargestellt wird Assoziierte Objekte kennen sich nicht direkt Das Wissen, wer mit wem verbunden ist, ist nur in dem Assoziationsobjekt verborgen Sinnvoll, wenn die Assoziation nachträglich hinzugefügt wird soll und die Klassen nicht verändert werden sollen

11 21 Realisierung der bidirektionalen Assoziation mittels Assoziationsobjekt Abteilung 1 * Angestellter Abteilung * Abteilung/ Angestellter * Angestellter :Abteilung :Abteilung/ Angestellter :Angestellter :Abteilung :Angestellter :Abteilung... :Angestellter Assoziationsobjekt 22 ordered-restriktion Verbindungen (links) einer Assoziation sind geordnet Enthält keine Aussage über die Art der Ordnung sorted-restriktion Ordnungskriterium sind die Elementwerte Z.B. Sortierung aller Kundenobjekte nach Kundennummer Realisierung von ordered- und sorted- Restriktionen Verwendung einer Container-Klasse, die Ordnung ihrer Elemente ermöglicht (z.b. Array, Vector)

12 23 class Abteilung {protected: VectorBag <Angestellter> Mitarbeiter; public: void link (Angestellter* ang) { Mitarbeiter.addElement (ang); } void unlink (Angestellter* ang) { Mitarbeiter.delElement (ang); } int getlink(angestellter* &ang, int pos) { ang = Mitarbeiter.getElement (pos); } }; 24 Assoziation in Java (Kardinalität <= 1) class Angestellter { protected Abteilung arbeitetin; public void link (Abteilung abt) { arbeitetin = abt; } public void unlink (Abteilung abt) {... arbeitetin = null; } public Abteilung getlink() { return arbeitetin ; } }

13 25 Assoziation in Java (Kardinalität > 1) Klasse Vector verwenden class Abteilung { protected Vector Mitarbeiter; public void link (Angestellter ang) { Mitarbeiter.addElement (ang); } void unlink (Angestellter ang) { Mitarbeiter.removeElement (ang); } Angestellter getlink (int pos) { return (Angestellter)Mitarbeiter.elementAt(pos); } } 26 Aufgabe OOA-Klassendiagramm in Entwurf abbilden und die Objektverwaltung realisieren Erstellen Sie ein OOD-Klassendiagramm Student Firma Matrikelnummer Name Immatrikulation Vordiplom Anzahl * Praktikant 0..1 Name Ort Branche immatrikulieren() druckev ordiplomliste() anmeldenpraktikum()

14 Polymorphismus Definition Polymorphismus (polymorphism) Möglichkeit, den gleichen Namen für gleichartige Operationen zu verwenden, die auf Objekten verschiedener Klassen auszuführen sind Der Sender muß nur wissen, daß ein Empfängerobjekt das gewünschte Verhalten besitzt aber nicht, zu welcher Klasse das Objekt gehört Gegenteil von Polymorphismus: Monomorphismus In allen Programmiersprachen vorhanden, die sowohl eine strenge Typisierung als auch eine frühe Bindung besitzen Polymorphismus Beispiel Deklaration des Zeigers pgrafik Grafikobjekt* pgrafik Operationsaufruf Grafik->zeichnen() besitzt unterschiedliche Wirkungsweisen pgrafik=new Rechteck; Rechteck.zeichnen(); Grafikobjekt # Mittelpunkt # istsichtbar + zeichnen() pgrafik = new Kreis; Kreis.zeichnen() Kreis # Radius + zeichnen() Rechteck # Laenge # Breite + zeichnen()

15 Polymorphismus Polymorphismus macht switch-anweisungen, wo entsprechend dem Objekttyp eine Aktion ausgelöst wird, überflüssig Beispiel enum Grafikart {istrechteck, istkreis}; void zeichnengrafik (Grafik Grafikdaten) switch (Grafikdaten.Art) { case istrechteck: zeichnenrechteck(grafikdaten);break; case istkreis: zeichnenkreis(grafikdaten); break; }; Polymorphismus Überladen (overloading) Verwendung von Operationen mit demselben Namen jedoch unterschiedlicher Semantik und Implementierung für Objekte verschiedener Klassen fi 7»alpha«+»bet«fi»alphabet«Coercion Sprachen, die diese Form unterstützen, erlauben bestimmte Typumwandlungen Beispiel: Addition für reelle Zahlen Bei Verwendung einer ganzen und einer reellen Zahl, wird die ganze Zahl automatisch in eine reelle umgewandelt

16 Polymorphismus Inklusionsbasierter Polymorphismus a. Vererbungsgebundener Polymorphismus, inclusion polymorphism b. Eine Funktion, die für einen bestimmten Typ definiert ist, kann auch mit jedem Untertyp dieses Typs arbeiten c. Erzwingt die Definition von Klassen, die lediglich als Schnittstellen für abgeleitete Klassen dienen Vererbung Vererbung der Sichtbarkeit in Java a. Sichtbarkeit der Oberklasse bleibt stets erhalten Mehrfachvererbung in Java Nicht für Klassen, nur für Schnittstellen class B1 {... } interface B2 {...} interface B3 {...} class D extends B1 implements B2, B3 {...}

17 Szenario Sequenzdiagramm Verzweigung des Kontrollflusses Zusammenfassung mehrerer Abläufe in einem Sequenzdiagramm Reduzierung der Anzahl der Diagramme Entstehung von unübersichtlichen Diagrammen Operationen des Sequenzdiagramms entsprechen den Operationen des zugehörigen Java-Programms Angabe der gestrichelten Rückgabepfeile im Entwurf, wenn es zur Verständlichkeit des Diagramms notwendig ist Optional mit Ergebnisparameter beschriften Szenario Notation Sequenzdiagramm UML :C3 :C4 op() :C1 [x > 0] op1(x) :C2 [x < 0] op2(x) *[i = 1..10] op3(i) op4(z) r op5()

18 Zustandsautomat Modellierung der Benutzungsoberfläche nicht selektiert selektiert LB RB RB bearbeitend entry/ anzeige Menü Bearbeiten LBD RBD verschiebbar kopierbar exit/ anzeige Menü Kopieren LB : left (mouse) button RB : right (mouse) button LBD : left (mouse) button down RBD: right (mouse) button down Zustandsautomat Lebenszyklus Einfache Realisierung mit Zustandsattribut Einfache Realisierung mit ereignis-interpretierender Operation Realisierung komplexer Objekt-Lebenszyklen mittels Zustandsmuster

19 Zustandsautomat Einfache Realisierung mit Zustandsattribut Klasse erhält private-attribut classstate Speichert den aktuellen Zustand des Objekts Jede Operation, die im Lebenszyklus aufgeführt ist, muß dieses Attribut abfragen Aktualisierung von classstate, wenn mit der Operation ein Zustandswechsel verbunden ist Einfache Realisierung mit Operation Klasse, die einen Objekt-Lebenszyklus besitzt, stellt eine ereignis-interpretierende Operation zur Verfügung Interpretation eintreffender Ereignisse Auslösung der entsprechende Verarbeitung Zustandsautomat Zustandsmuster (state pattern) OOA-Klasse bearbeiten() Zustand1 Ereignis wenn Zustand1 dann bearbeiten1 wenn Zustand2 dann bearbeiten2 Zustand2 bearbeiten / bearbeiten() Zustand3 bearbeiten/ bearbeiten() OOD-Klasse + bearbeiten() aktueller Zustand 1 Zustand + bearbeiten() aktuellerzustand > bearbeiten() Zustand1 + bearbeiten() Zustand2 + bearbeiten() Zustand3 + bearbeiten() bearbeiten1 bearbeiten2 keinewirkung

20 Zustandsautomat Zustandsmuster Vorteile Kapselung des kompletten Verhaltens eines Zustands in einer Klasse Leichtes Hinzufügen neuer Zustände und Zustandsübergänge Nachteil Erhöhung der Anzahl der Klassen Zustandsautomat Zustandsautomat in Java Einfache Realisierung Kein benutzerdefinierbarer Aufzählungstyp Definition der Zustände als Integer-Konstanten class Schublade { final static int OFFEN = 1; final static int ZU_UNVERSCHLOSSEN= 2; final static int ZU_VERSCHLOSSEN= 3; private int classstate; public void oeffnen() { if (classstate == ZU_UNVERSCHLOSSEN) classstate = OFFEN;...} }

21 41 Aufgabe Anwenden des Zustandsmusters Buch defekt / entfernen() Ausleihwunsch / ausleihen() Buch verloren / entfernen() Ausleihwunsch / vorbestellen() präsent ausgeliehen neues Buch liegt vor / erfassen() after(abholfrist vorbei) Leser gibt Buch zurück / zurückgeben() Leser holt Buch ab / ausleihen() zur Abholung bereit Buch erfassen() ausleihen() zurückgeben() vorbestellen() entfernen() vorbestellt Leser gibt Buch zurück / zurückgeben()