Programmieren in Java

Transkript

1 Einführung in die Objektorientierung Objekt-Relationen

2 2 Klassen In der Objektorientierung dienen Klassen als Blaupause für Objekte Eine Klasse beschreibt die Eigenschaften eines Objektes die Fähigkeiten eines Objektes Ein konkretes Objekt wird als Instanz einer Klasse bezeichnet Die Instanz legt die konkreten Werte der Eigenschaften fest Auf Basis dieser Werte unterscheiden sich die Fähigkeiten der Instanz Jede Instanz hat ihr eigenes Set an Werten und nur die eigenen Werte können geändert werden Man kann demnach sagen: Jede Instanz ist zusammengesetzt aus Werten für die einzelnen Eigenschaften Damit ist jede Klasse eine zusammengesetzter Datentyp

3 3 Definition einer Klasse in Java public class BEZEICHNER { public class BEZEICHNER { Konvention: Klassennamen beginnen immer mit Großbuchstaben Instanzen werden mit new erzeugt new KLASSENBEZEICHNER ( ) new Computer() Instanz-Variablen KLASSENBEZEICHNER BEZEICHNER = new KLASSENBEZEICHNER ( ) Computer mycomputer = new Computer();

4 4 Objekt-Attribute Ein Attribut ist eine Variable, dessen Scope die Klasse ist: public class BEZEICHNER { SICHTBARKEIT DATENTYP BEZEICHNER ; private String system; Default-Wert private String system = "Windows 8"; Zugriff bei geigneter Sichtbarkeit über eine Instanz, immer über this Computer mycomputer = new Computer(); String currentsystem = mycomputer.system; private String system; public void on() { System.out.println("BOOT: " + this.system);

5 5 Objekt-Methoden public RÜCKGABETYP BEZEICHNER ( DATENTYP PARAM-, ) BEZEICHNER optional SATZ; BLOCK { return AUSDRUCK ; optional Die Methode kann nur per Deferenzierung einer Instanz aufgerufen werden public void dosomething() { Computer pc = new Computer(); pc.dosomething(); Getter/Setter: Kapseln von Lese- und Schreibeoperationen auf einem Attribut public int getram() { return this.ram; public void setram(int ram) { this.ram = ram;

6 6 Konstruktoren Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode zur Initialisierung einer Instanz Per Default besitzt jede Klasse implizit den leeren Konstruktor Ein Konstruktor wird automatisch beim Erzeugen mit new aufgerufen public class BEZEICHNER { public BEZEICHNER ( ) { public Computer() { Computer dell = new Computer(); Ein Konstruktor muss so heißen wie seine Klasse Ein Konstruktor hat keinen Rückgabewert und damit also auch kein return Die Anzahl an Konstruktoren ist beliebig (Überladung von Methoden) public Computer (String processor, int ram, String system) { this.processor = processor; this.ram = ram; this.system = system; Computer dell = new Computer( "4 GHz AMD Quad Core", 8, "Windows 8" );

7 7 Der Weg zur Klasse Analyse Neue Klassen können eine erneute Analyse erfordern Klassen identifizieren Attribute identifizieren Attribute typisieren Typisierung kann zu neuen Klassen führen Neue Funktionalität kann zu neuen Attributen führen Attribute kapseln Konstruktoren festlegen Funktionalität identifizieren Methoden definieren

8 8 Von außen, von innen Der Scope einer Instanzvariablen legt die Zugriffsberechtigungen auf Methoden und Attribute der Instanz fest public class Main { public static void main(string[] args) { Computer pc = new Computer( "4 GHz AMD Quad Core" ); private String processor; public Computer (String processor) { this.processor = processor; String temp = pc.system; String temp2 = pc.getsystem(); Der Scope von pc ist die Methode main, deren Scope die Klasse Main Das Attribute processor wurde als private deklariert Es kann daher nur innerhalb der Klasse Computer dereferenziert werden Die Zuweisung von außen (temp) ist damit nicht möglich Die Methode getprocessor ist public Sie kann von überall also auch von außen (main) aufgerufen werden Die Zuweisung temp2 ist damit erlaubt public String getprocessor() { return this.processor;

9 9 Packages Packages dienen zur Strukturierung von Klassen Computer.java package BEZEICHNER ; package vorlesung7; public class KLASSEN-BEZEICHNER { Ein Package-Name muss die Ordnerstruktur der Sourcen wiederspiegeln Jedes neue Verzeichnis wird dabei mit einem Punkt getrennt In Netbeans ist das Root-Verzeichnis immer src Main.java package wwu.ziv.java.vorlesung7; public class Main {

10 0 Packages (II) Der Scope einer Klasse ist das Package, in dem sie definiert wurde In einem Package kann es keine zwei Klassen mit gleichem Namen geben In verschiedenen Packages kann es durchaus gleichnamige Klassen geben In einem Package werden meist Klassen mit gleichen Aufgaben zusammen Klassisches Beispiel: Model-View-Controller Model: Klassen zur Datenrepräsentation View: Klassen zur Darstellung der Model-Instanzen Controller: Instanz zur Vermittlung zwischen Model und View package wwu.ziv.java.demo.model; package wwu.ziv.java.demo.view; public class ComputerView { package wwu.ziv.java.demo.ctrl; public class Controller {

11 Packages (III) Der Package-Name wird zum unmittelbaren Teil des Klassennamens Um eine Klasse aus einem anderen Paket nutzen zu können, muss entweder der komplette Name angegeben werden static String readln() { System.out.println("HEAP => "); return new java.util.scanner(system.in).nextline(); oder die Klasse importiert werden Vorlesung 7 Folie 23 package BEZEICHNER ; package wwu.ziv.java.demo; import PAKETNAME ; import java.util.scanner; import PAKETNAME ; import ; KLASSEN public class Demo { static String readln() { System.out.println("HEAP => "); return new Scanner(System.in).nextLine(); Nach einem Import muss der Paketname nicht mehr angegeben werden

12 2 Aufgabe Aufgabe : Main-Klasse inklusive Package-Name direkt angeben Rest: Siehe Source-Code

13 3 Aufgabe (II) Aufgabe 2: Identifizieren und Definieren Sie weitere Klassen auf Basis der Komponenten eines Computers RamModule: Klasse zur Repräsentation eines RAM-Riegels Typ: Speicher-Art (DDR2, DDR3, ) Größe in GB RamModule type: String, readonly size: int, readonly Attribute RamModule(String type, int size) Konstruktoren gettype(): String getsize(): int Methoden Readonly: Nur Getter-Methode wird angeboten, so dass die Werte nie von außen geändert werden können

14 4 Aufgabe (III) Harddrive: Klasse zur Repräsentieren einer Festplatte Größe in GB size: int, readonly Harddrive files: File[] Harddrive Harddrive(int size) getsize(): int save(string name, String content): void delete(string name): void read(string name): void Harddrive(int size) getsize(): int save(string name, String content): void delete(string name): void read(string name): void Funktionalität: Festplatte soll Dateien enthalten Neue Klasse: File Dateien haben einen Namen und Inhalt Dateiname und Inhalt sind vom Typ String Dateien können gespeichert, gelesen und gelöscht werden name: String content: String File File (String name, String content) getname(): String setname(string name): void getcontent(): String setcontent(string content): void

15 5 Aufrüsten Datentypen RamModule und Harddrive in die Computerklasse einbauen processor: String ram: int hd: int device: String connectors: String[] soundcard: String gfxcard: String system: String Computer Computer( String processor, int ram, String system ) getram(): int setram(int ram): void getharddrive(): int setharddrive(int hd): void processor: String ram: RamModule hd: Harddrive device: String connectors: String[] soundcard: String gfxcard: String system: String Computer Computer( String processor, RamModule ram, String system ) getram(): RamModule setram(rammodule ram): void getharddrive(): Harddrive setharddrive(harddrive hd): void RamModule ram = new RamModule("DDR3", 8); Harddrive harddrive = new Harddrive(500); Computer dell = new Computer("4 GHz AMD Quad Core", ram, "Windows 8"); dell.setharddrive(harddrive);

16 6 Aufrüsten (II) Achtung: Die Parameter werden per Referenz übergeben! RamModule ram = new RamModule("DDR3", 8); Harddrive harddrive = new Harddrive(500); Computer dell = new Computer("4 GHz AMD Quad Core", ram, "Windows 8"); dell.setharddrive(harddrive); Computer imac = new Computer("4 GHz AMD Quad Core", ram, "Windows 8"); imac.setharddrive(harddrive); dell.getharddrive().save("test.txt", "This is a test"); System.err.println( imac.getharddrive().read("test.txt") ); This is a test So haben dell und imac die gleichen Instanzen für ram und hardrive Änderungen über getharddrive von dell sind damit Änderungen an imac Die Variablen ram und harddrive müssen vor der Initialisierung von imac neu zugewiesen werden Oder alternativ inline erzeugen : Computer imac = new Computer("4 GHz AMD Quad Core", new RamModule("DDR3", 4), "Windows 8"); imac.setharddrive(new Harddrive(2500));

17 7 Klassendiagramm Graph der während der Analyse eines Problems erstellt wird Identifiziert alle Klasse und deren Beziehungen Identifiziert Beziehungs-Attribute und deren Kardinalität Klasse RamModule Connector File 2 4 n Device Soundcard Computer Harddrive 2 files: File[] ram: RamModule[] Beziehung connectors: Connector[] harddrive: Harddrive Kardinalität gfxcard: GraphicsCard soundcard: Soundcard device: Device[] GraphicsCard

18 8 Aggregation/Komposition Man spricht von der Aggregation zweier Objekte, wenn es eine Verbindung zwischen den Objekten gibt, beide aber auch alleine existieren können Computer ram: RamModule Harddrive files: File[] Man spricht von der Komposition zweier Objekte, wenn es eine Verbindung zwischen den Objekten gibt, eines der Objekte allerdings nur als Teil des anderen existieren kann Harddrive files: File[] File name: String content: String

19 9 Mehrfach-Beziehungen Das Beispiel Harddrive File zeigt: eine Beziehung muss nicht : sein Jede Festplatte kann mehrere Dateien enthalten, aber eine Datei ist immer nur auf einer Festplatte gespeichert Harddrive files: File[] n File name: String content: String Beziehungen: : Eindeutige Beziehung auf beiden Seiten :n Eindeutig nur auf einer Seite, Anzahl auf anderer Seite beliebig n:m Anzahl beidseitig beliebig Eine Mehrfachbeziehung bedeutet immer, dass die inkludierende Seite (oben: harddrive) ein Attribut vorweist, dass eine Gruppierung (aktuell: Array) von Objekten referenziert

20 20 Mehrfach-Beziehungen Im Harddrive File Beispiel referenziert Harddrive einen File-Array Die einzelnen File-Instanzen allerdings referenzieren umgekehrt nicht die Harddrive-Instanz, zu der sie gehören Es gibt also keine Möglichkeit über eine File-Instanz herauszufinden, auf welche Festplatte die Datei gespeichert wurde Ist eine solche Relation gewünscht, so notiert man an der -Seite der Beziehung einen Pfeil Harddrive files: File[] n File name: String content: String harddrive: Harddrive Pfeile symbolisieren im Beziehungsgraph, dass eine Instanz eine Referenz auf eine andere Instanz benötigt, es sich dabei aber weder um Kompositions oder Aggregations-Abhängigkeit handelt

21 2 Begrenzte Kardinalität Anders als zuvor sind nun maximal 2 RAM-Bausteine möglich Im Gegensatz zur Harddrive File Beziehung, muss bei den RAM- Bausteinen also überprüft werden, ob die maximal Anzahl erreicht wurde Die Überprüfung sollte in der Setter-Methode zu ram durchgeführt werden private RamModule[] ram; public void setram(rammodule[] ram) { if (ram.length > 2) { System.err.println("..."); return ; this.ram = ram; private int maxquantityofram = 2; private RamModule[] ram; public void setram(rammodule[] ram) { if (ram.length > maxquantityofram) { System.err.println("..."); return ; this.ram = ram; In der Regel ist es ungünstig solche Grenzen in der Methode als konkretes Literal anzugeben ( Hardkodierung ) Vielleicht werden die Grenzen noch wo anders benötigt ( Pflegeaufwand) Besser: Hilfs-Attribut definieren

22 22 Die Schlüsselwörter static und final Bei dem Hilfsattribut stellen sich zwei Fragen:. Ist es nötig, dass jede Instanz der Klasse dieses Attribut besitzt? 2. Ist der Wert konstant bzw. kann und soll der Wert änderbar sein? Zu : Angenommen, jeder Computer habe die gleiche Anzahl RAM-Slots Damit wäre es unnötig die Anzahl pro Computer zu speichern Einmalig für alle würde genügen Mit static lassen sich Attribute als Klassen-Attribute definieren SICHTBARKEIT static BEZEICHNER = AUSDRUCK ; private static int maxquantityofram = 2; optional Der Zugriff erfolgt per Dereferenzierung des Klassennamens KLASSENNAME. BEZEICHNER if (ram.length > Computer.maxQuantityOfRam)

23 23 Die Schlüsselwörter static und final Ein statisches Attribut wird von allen Instanzen der Klasse geteilt private static int maxquantityofram = 2; public void increaseramby(int newsize) { Computer.maxQuantityOfRam = newsize; Computer dell = new Computer(); Computer imac = new Computer(); dell.increaseramby(6); imac.setram(new RamModule[] {new RamModule(), new RamModule(), new RamModule()); Das statische Attribute wird über die Instanz dell geändert Zuweisung von RAM größer als der eigentlich definierte Maximalwert (2), zeigt, dass die Änderung von dell auch für imac gilt Nebenbei: Das Beispiel ist natürlich konstruiert Die Methode increaseramby würde man statisch definieren

24 24 Die Schlüsselwörter static und final Zu 2: Angenommen die Anzahl der Slots in einem Computer ist fest Mit private schützt man das Attribut vor Änderungen von außen Was aber, wenn man auch innerhalb von Computer eine Änderung verbieten möchte? Mit final können Attribute als konstant definiert werden Solche Attribute müssen und können nur einmal initialisiert werden Die Initialisierung muss entweder mit der Deklaration oder im Konstruktur geschehen SICHTBARKEIT final BEZEICHNER = AUSDRUCK ; optional private final int maxquantityofram = 2; private final int maxquantityofram; public Computer () { maxquantityofram = 2;

25 25 Der statische Konstruktor Die Modifikatoren static und final können kombiniert benutzt werden SICHTBARKEIT static final BEZEICHNER = AUSDRUCK ; optional Da das Attribut aufgrund von static zur Klasse gehört, kann es nicht innerhalb eines Konstruktors initialisiert werden Der Konstruktor ist dazu da eine konkrete Instanz zu initialisieren und ist damit Instanz-spezifisich Es bleibt, die direkte Initialisierung oder der statische Konstruktor public class BEZEICHNER { static { private static final int maxquantityofram; static { maxquantityofram = 2;

26 26 Aufgabe Implementieren Sie die bereits identifiziert aber noch nicht geschriebenen Klassen des Klassendiagramms: Falls nicht schon geschehen: Identifizieren sie zunächst sinnvolle Attribute für die einzelnen Klassen Typisieren Sie diese und definieren Sie sinnvolle Konstruktoren RamModule Connector File 2 4 n Device Computer Harddrive Soundcard GraphicsCard unimplementiert implementiert