Programmieren lernen mit Groovy Objektorientierung Typen

Transkript

1 Programmieren lernen mit Groovy Objektorientierung Typen Seite 1

2 Objektorientierung Objekt-Orientierung vom Funktionalen zum objektorientierten Programmierstil Funktionaler / Prozeduraler Stil Daten und auf ihnen operierende Funktionen sind getrennt. Objektorientierter Stil Daten und auf ihnen operierende Funktionen bilden eine Einheit Seite 2

3 Funktionaler / Prozeduraler Stil Beispiel: Vektorrechnung in der Ebene Vektoren in der Ebene haben eine x- und eine y-koordinate. Man kann sie addieren, subtrahieren und mit einem Skalar multiplizieren Daten Die Daten der Vektoren (x-, y-koordinate) werden jeweils durch eine Liste dargestellt. def a = [3,4] def b = [2,3] a = 3,4 b= 2,3 Operationen Die Vektoren-Operationen werden als Funktionen realisiert. def vektoradd(x,y) { return [x[0]+y[0], x[1]+y[1]] def vektorsub(x,y) { return [x[0]-y[0], x[1]-y[1]] def vektorskalarmult(s, x) { return [s*x[0], s*x[1]] Seite 3

4 Funktionaler / Prozeduraler Stil Beispiel: Vektorrechnung in der Ebene def a = [3,4] def b = [2,3] def vektoradd(x,y) { return [x[0]+y[0], x[1]+[y[1]]] def vektorsub(x,y) { return [x[0]-y[0], x[1]-[y[1]]] def vektorskalarmult(s, x) { return [s*x[0], s*x[1]] println a+b a-b 5*a """ """ = ${vektoradd(a,b), = ${vektorsub(a,b), = a+b= ${vektorskalarmult(5,a) Seite 4

5 Funktionaler / Prozeduraler Stil Nachteile des funktional- / prozeduralen Ansatzes Mangelhafte Kapselung Wissen über die Implementierung (speziell die Art der Speicherung in Listen) ist verstreut auf Vektor-Code (Funktionen: VektorAdd, ) und Anwendungscode (Anlegen von Vektoren) Problem Kopplung: Beides kann nur gemeinsam geändert werden Die Anwendung benötigt zu viel Wissen über die Implementierung Schnittstelle und Implementierung sind nicht klar getrennt Konsequenz aufwändige Wartung Diese Probleme treten natürlich nur bei ernsthaften Programmen aufwändige Verwendung auf. Bei 10-Zeilern sind sie Fehleranfälligkeit irrelevant. Seite 5

6 Klasse: Modularisierungskonstrukt Objektorientierung I : Klassen Klassen kapseln die Organisation der Speicherung von Daten und Funktionen die auf diesen Daten operieren und von der Art der Speicherung abhängig sind. Die Kapselung führt zu einer besseren Organisation des Codes Seite 6

7 OOP I : Klasse Beispiel : Vektor-Klasse class Vektor { Vektorklasse: Alles in Einem def v = [0,0] zusammengefasst (gekapselt): Vektor(x, y) { - Interne Darstellung (Speicherung) v[0] = x - Konstruktion v[1] = y - Funktionen static add(x, y) { return new Vektor(x.v[0]+y.v[0], x.v[1]+y.v[1]) static sub(x,y) { return new Vektor(x.v[0]+y.v[0], x.v[1]+y.v[1]) static skalarmult(s, x) { return new Vektor(s*x.v[0], s*x.v[1]) def a = new Vektor(3,4) def b = new Vektor(2,3) def c = Vektor.add(a,b) Anwendungscode Seite 7

8 OOP I : Klasse Achtung: enthält eine Datei mehr als nur den Code einer Klassendefinition, dann darf sie nicht so heißen wie die Klasse. Beispiel : Vektor-Klasse class Vektor { Darstellung / Speicherung def v = [0,0] Vektor(x, y) { v[0] = x Konstruktor: Wie wird ein Vektor mit Werten belegt v[1] = y Zugriff auf einen Vektor: das v von x static add(x, y) { return new Vektor(x.v[0]+y.v[0], x.v[1]+y.v[1]) static sub(x,y) { return new Vektor(x.v[0]+y.v[0], x.v[1]+y.v[1]) Funktionen (statische static skalarmult(s, x) { Methoden) : operieren auf return new Vektor(s*x.v[0], s*x.v[1]) Vektoren def def def a = b = c = a.v new Vektor(3,4) new Vektor(2,3) Vektor.add(a,b) Anwendungscode Vektoren erzeugen und verarbeiten Direkter Zugriff auf Komponenten hier nicht erwünscht Seite 8

9 OOP I : Klasse Beispiel: Modifikation der internen Speicherung modifiziert Kapselung class Vektor { def x = 0 Modifikation der internen def y = 0 Speicherung Vektor(x, y) { this.x = x this.y = y static add(v1, v2) { return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) static sub(v1,v2) { return new Vektor(v1.x-v2.x, v1.y-v2.y) static skalarmult(s, v) { return new Vektor(s*v.x, s*v.y) def a = new Vektor(3,4) def b = new Vektor(2,3) def c = Vektor.add(a,b) Anwendungscode ist nicht betroffen Seite 9

10 OOP II : Objekte Objektorientierung II - Objekte Klassen kapseln die Organisation der Speicherung von Daten und Funktionen die auf diesen Daten operieren und von der Art der Speicherung abhängig sind. Darüber hinaus können die Funktionen logisch den Daten zugeordnet werden. Mann nennt sie dann Methoden. Daten mit den ihnen zugeordneten Methoden nennt man Objekte. Mit dieser 2-ten Stufe der Objekt-Orientierung kommt zu der Kapselung eine philosophisch andere Sicht der Software. Auch hiermit werden keine wirklich neuen Fähigkeiten erreicht. Die Software-Entwicklung wird natürlicher und damit einfacher. Seite 10

11 OOP II : Objekte Werte: ewig, unveränderlich (mathematisch) Objekte: veränderlich (real) 3 4 vorher Vektoraddition, funktionale Sicht: aus zwei Vektoren konstruiere einen dritten 5 7 Vektoraddition, OO-Sicht: ein Vektor wird durch Addition vergrößert nachher Seite 11

12 Klassen und Objekte 2 b 3 Objektorientierung Stufe II : Beispiel Vektoren class Vektor { def x = 0 def y = 0 Vektor(x, y) { this.x = this.y = def add(v) { this.x = this.y = def a = new Vektor(3,4) def b = new Vektor(2,3) a.add(b) b.skalarmult(5) 3 4 vorher a a.add(b) 5 a 7 nachher this : dieser x y this.x + v.x this.y + v.y Seite 12 Vektor (ich), der den Code gerade ausführt. this.x : das x von diesem Vektor (von mir)

13 Klassen und Objekte Klassen und Objekte Klassen definieren die Art der Speicherung und die Operationen (Funktionen und Methoden) Objekte sind Exemplare (Instanzen) einer Klasse sie enthalten die jeweils unterschiedlichen Daten. Objekte haben i.a. einen sich ändernden Zustand. Methoden eines Objekts operieren auf den Daten des Objekts Static Das Schlüsselwort static in einer Klassendefinition sagt, dass es sich um etwas Allgemeines Klassen-bezogenes handelt. Etwas das sich auf die Klasse insgesamt bezieht. Fehlt das Schlüsselwort static dann handelt es sich um etwas Objekt-bezogenes, etwas das einzelnen Objekten zugeordnet ist. Seite 13

14 Klasse Objektorientierung: Verschiedene Möglichkeiten die VektorAddition zu definieren def a = new Vektor(3,4) def b = new Vektor(2,3) class Vektor { def x = 0 def c = Vektor.add1(a, b) def y = 0 def d = a.add2(b) Vektor(x, y) { a.add3(b) this.x = x this.y = y static add1(v1, v2) { rein funktionale Sicht return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) def add2(v) { Mischung aus funktionaler return new Vektor(this.x+v.x, this.y-v.y) und objektorientierter Sicht def add3(v) { this.x = this.x+v.x this.y = this.y-v.y rein objektorientierte Sicht Seite 14

15 Klasse Auch Daten können statisch (d.h. Klassen-bezogen) sein class Vektor { def x = 0 def y = 0 Vektor(x, y) { this.x = x this.y = y static nullvektor = new Vektor(0,0) Klasse Klassen-Komponente def nv = Vektor.nullVektor; statische Daten-Komponente: es gibt genau einen Null-Vektor Seite 15

16 Typen Typen definieren und verwenden Typ Apfel <<Instanz>> Objekt (Apfel) <<Instanz>> Objekt (Birne) Seite 16

17 Klasse und Typ Jeder Klasse ist ein Typ zugeordnet Der Typ hat den gleichen Namen wie die Klasse Der Typ schränkt Variablen / Parameter auf Exemplare (Objekte) der Klasse ein. Verwendung von Typen verbessert die Lesbarkeit des Codes reduziert die Fehler-Anfälligkeit class Apfel { OK new Apfelkorb Objekt (Apfel) Typ Objekt (Birne) Seite 17

18 Klasse und Typ Beispiel: Verwendung von Typen I Klasse (Definition) class Vektor { def x = 0 def y = 0 Konstruktor (Definition) Vektor(x, y) { this.x = x this.y = y Typ static Vektor add(vektor v1, Vektor v2) { return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) Ergebnistyp : Vektor Typ 1. Parameter : Vektor Typ 2. Parameter : Vektor Konstruktor Vektor a = new Vektor(3,4) Vektor b = new Vektor(2,3) Vektor c = Vektor.add(a, b) Typ Klasse Seite 18

19 Klasse und Typ Verwendung von Typen, Beispiel tostring Standard-Methode zur Erzeugung einer textuellen Darstellung eines Objekts muss mit Ergebnis-Typ definiert werden class Vektor { def x = 0 def y = 0 Vektor(x, y) { this.x = x this.y = y static add(v1, v2) { return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) String tostring() { return "($x, $y)" zwingend notwendig println Vektor.add(new Vektor(3,4), new Vektor(2,3)) Seite 19 (5, 7)

20 Klasse und Typ Noch mehr Typen Beispiel: Literale / Objekt-/Klassen-Variablen mit Typ class Vektor { double x = 0D double y = 0D Double-Literal Objekt-Variablen mit Typ static Vektor nullvektor = new Vektor(0D,0D)! Vektor(double x, double y) { this.x = x this.y = y static Vektor add(vektor v1, Vektor v2) { return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) String tostring() { return "($x, $y)" Klassen-Variable mit Typ Literale: Ausdrücke die direkt einen Wert bezeichnen. Jeder Wert hat eine Klasse. Jedes Literal erzeugt einen Wert (Objekt) einer bestimmten Klasse. 0 : int / ganze Zahl 0D : double / gebrochene Zahl println Vektor.add(new Vektor(3D,4D), new Vektor(2D,3D)) Seite 20

21 Klassen und Typen Verwende Typen : wenn eine Variable immer Werte vom gleichen Typ hat wenn eine Funktion nur mit Parametern eines bestimmten Typs umgehen kann Statische Typisierung Immer wenn der Typ (die Klasse) der Objekte die an irgendeiner Stelle auftreten können bekannt und fest: verwende den Typ Programme werden damit lesbarer Fehler-sicherer static add(v1, v2) { return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) static Vektor add(vektor v1, Vektor v2) { return new Vektor(v1.x+v2.x, v1.y+v2.y) Seite 21

22 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Beispiel Verarbeitung von CSV-Daten Tabelle als CSVDatei speichern 'Anlage','Bezeichnung','Baujahr','Garantie','Typbezeichng' ,'Rollstuhl Venezia XTRA',2006, ,'Venezia 923' ,'Rollstuhl Venezia XTRA',2006, ,'Venezia 923' ,'XZR61E00',2006, ,'XZR61E00' ,'Seniorenrollstuhl o. TWR. "Evolution"',2006, ,'BC61E00' ,'Seniorenrollstuhl o. TWR. "Esprit"',2006, ,'XZR71A30' ,'Seniorenrollstuhl o. TWR. "Esprit"',2005, ,'XZR71A30' Seite 22

23 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Klasse Anlage repräsentiert den Typ der Einträgs (engl. record) der Tabelle class Anlage { int String int Date String nr bezeichnung baujahr garantie typbezeichnung Objekt vom Typ Anlage repräsentiert eine Anlage Inhalt einer Tabellenzeile Seite 23

24 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Klasse Anlage mit Konstruktor und tostring-methode class Anlage { int String int Date String nr bezeichnung baujahr garantie typbezeichnung static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat('dd.MM.yy') Anlage(String[] s) { nr = s[0].tointeger() bezeichnung = s[1] baujahr = s[2].tointeger() garantie = df.parse(s[3]) typbezeichnung = s[4] String tostring() { return "Anlage Nr $nr"+ "\n\t Bezeichnung:\t $bezeichnung"+ "\n\t Baujahr: \t $baujahr"+ "\n\t Garantie: \t ${df.format(garantie)"+ "\n\t Typ: \t\t $typbezeichnung" Seite 24

25 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Anlagenverzeichnis als Liste erstellen anlagen = [] def file = new File('AnlagenVerzeichnis.csv') first = true file.eachline { line -> if (first) { first = false else { anlagen << new Anlage(line.trim().split(',')) anlagen.each{ println it Seite 25 Anlage Nr Bezeichnung: Baujahr: Garantie: Typ: Anlage Nr Bezeichnung: Baujahr: Garantie: Typ: Anlage Nr Bezeichnung: Baujahr:... 'Rollstuhl Venezia XTRA' 'Venezia 923' 'Rollstuhl Venezia XTRA LS' 'Venezia 924' 'XZR61E00' 2006

26 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Anlagenverzeichnis als Abbildung erstellen anlagen = [:] def file = new File('AnlagenVerzeichnis.csv') first = true file.eachline { line -> if (first) { first = false else { def daten = line.trim().split(',') anlagen[daten[0].tointeger()] = new Anlage(daten) anlagen.each{ println it =Anlage Nr Bezeichnung:'Rollstuhl Venezia XTRA' Baujahr: 2006 Garantie: Typ: 'Venezia 923' =Anlage Nr Bezeichnung: 'Rollstuhl Venezia XTRA LS' Baujahr: 2006 Garantie: Typ: 'Venezia 924' Seite 26

27 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Fehlermeldungen als Objekte einer Klasse Fehlermeldung Klasse Fehlermeldung Jede Zeile ~> ein Objekt der Klasse Seite 27

28 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Fehlermeldungen als Klasse class Meldung { int prioritaet int anlage String beschreibung Date auftreten static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat('dd.MM.yy,HH:mm:ss') Meldung(String[] s) { prioritaet = s[0].tointeger() anlage = s[1].tointeger() auftreten = df.parse(s[3]+','+s[4]) String tostring() { return "Meldung Anlage $anlage"+ "\n\t Prioritaet: \t $prioritaet"+ "\n\t auftreten: \t ${df.format(auftreten)" Seite 28

29 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Fehlermeldungen aus CSV-Dateien einlesen def meldungen = [] def dirin = new File('Daten') dirin.eachfilerecurse{ filein -> if (filein ==~ /.*KW.*\.csv/) { first = true filein.eachline{ line -> if (first) { first = false else { def daten = line.trim().split(',') meldungen << new Meldung(daten) Seite 29

30 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Fehlermeldungen zum Anlagenverzeichnis hinzufügen Logische Struktur der gewünschten Info Anlagenverzeichnis: ID ~> Anlage Anlage: Attribut-Name ~> Attributwert + neues Attribut: Meldungen ~> Anzahl Störmeldungen [' ' : ['Anlage': ' ', 'Bezeichnung': 'Rollstuhl Venezia XTRA', 'Baujahr': '2006', 'Garantie': ' ', 'Typbezeichng':'Venezia 923', 'Meldungen': '2788' ], erweiterte logische Struktur erweiterte Datenstruktur ' ' : ['Anlage': ' ', 'Bezeichnung': 'XZR61E00', 'Baujahr': '2006', 'Garantie': ' ', 'Typbezeichng':'XZR61E00', 'Meldungen':'12' ], Seite 30

31 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Fehlermeldungen zum Anlagenverzeichnis hinzufügen class Anlage{... wie bisher... int stoerungen Klassendefinition erweitern Anlage(String[] s) {... wie bisher... stoerungen = 0 String tostring() { return "Anlage Nr $nr"+ "\n\t Bezeichnung:\t $bezeichnung"+ "\n\t Baujahr: \t $baujahr"+ "\n\t Garantie: \t ${df.format(garantie)"+ "\n\t Typ: \t\t $typbezeichnung" + "\n\t Stoerungen: \t $stoerungen" Seite 31

32 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Fehlermeldungen zum Anlagenverzeichnis hinzufügen meldungen.each{ if (it.anlage!= null) { anlagen[it.anlage].stoerungen++ else { println "Fehlermeldung $it :" + "Anlage existiert nicht!" Störungen pro Anlage zählen Seite 32

33 Klasse / Beispiel CSV-Verarbeitung Relevante Fehlermeldungen ausgeben relevant: Priorität > 0 und Garantie nicht abgelaufen meldungen.findall{ m -> (anlagen[m.anlage]!= null) && (m.prioritaet > 0) && (m.auftreten < anlagen[m.anlage].garantie).each{ println it Typisierte Daten statt Text notwendig: - Integer-Vergleich - Vergleich von Datumswerten ( früher ) Seite 33