Lesen Sie zuerst die Hinweise auf der folgenden Seite! Musterlösung. Klausurort: Aufgabe Summe

Transkript

1 (Name, Vorname) (Straße, Nr.) (PLZ) (Wohnort) (Land, falls außerhalb Deutschlands) Kurs 1618 SS 2009 Einführung in die objektorientierte Programmierung Klausur am Dauer: 3 Std., Uhr Lesen Sie zuerst die Hinweise auf der folgenden Seite! Matrikelnummer: Geburtsdatum:.. Klausurort: Aufgabe Summe habe bearbeitet maximal erreicht Korrektur Herzlichen Glückwunsch, Sie haben die Klausur bestanden. Note:... Sie haben die Klausur leider nicht bestanden. Für den nächsten Versuch wünschen wir Ihnen viel Erfolg. Die nächste Klausur findet im Wintersemester 2009/2010 statt. Hagen, den Im Auftrag 2009 FernUniversität in Hagen

2 Hinweise zur Bearbeitung 1. Prüfen Sie die Vollständigkeit Ihrer Unterlagen. Die Klausur umfasst 1 Deckblatt Diese Hinweise zur Bearbeitung 10 Aufgaben auf Seite Füllen Sie jetzt bitte zuerst das Deckblatt aus: Name, Vorname und Adresse, Matrikelnummer, Geburtsdatum und Klausurort. 3. Schreiben Sie Ihre Lösungen mit Kugelschreiber oder Füllfederhalter (kein Bleistift) direkt in den bei den jeweiligen Aufgaben gegebenen, umrahmten Leerraum. Benutzen Sie in keinem Fall die Rückseiten der Aufgabenblätter. Versuchen Sie, mit dem vorhandenen Platz auszukommen, sie dürfen auch stichwortartig antworten. Für den Notfall können Sie gekennzeichnetes Papier bei der Klausuraufsicht bekommen. Es werden nur Aufgaben gewertet, die sich auf dem offiziellen Klausurpapier (Klausur + gekennzeichnetes Papier) befinden. Eigenes Papier ist nur für Ihre persönlichen Notizen erlaubt und von der Benotung ausgeschlossen. 4. Kreuzen Sie die bearbeiteten Aufgaben auf dem Deckblatt an. Schreiben Sie unbedingt auf jedes Blatt Ihrer Lösungen Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer, auf eventuelle Zusatzblätter auch die Nummer der Aufgabe. 5. Geben Sie die gesamte Klausur und, falls vorhanden, gekennzeichnete Zusatzblätter ab. Lösen Sie die Blätter nicht voneinander. 6. Es sind keine Hilfsmittel zugelassen. 7. Lesen Sie vor der Bearbeitung einer Aufgabe den gesamten Aufgabentext sorgfältig durch. 8. Es sind maximal 100 Punkte erreichbar. Wenn Sie mindestens 40 Punkte erreichen, haben Sie die Klausur bestanden. 9. Sie erhalten die korrigierte Klausur zurück zusammen mit einer Bescheinigung für das Finanzamt und ggf. dem Übungsschein. 10. Legen Sie jetzt noch Ihren Studentenausweis und einen amtlichen Lichtbildausweis bereit, dann kann die Arbeit beginnen. Viel Erfolg! Seite 2 von 17

3 Aufgabe 1: Begriffe der Objektorientierung Gegeben sei folgendes Programmfragment. 01 public class Foo { Object a; 04 static boolean bar = true; { a = 2; Object m() { 09 return new String(); static { bar = false; public Foo(){ 15 a = 6; void m(foo foo) { 19 a = new Object(); void m(string s) { 23 a = s; Zählen Sie auf: Alle Konstanten: Alle lokale Variablen: Alle Objektattribute: Alle Klassenattribute: Alle Konstruktoren: Alle Objektmethoden: Alle Klassenmethoden: Alle Initialisierungsblöcke: Alle Überladungen: Jedes Subtyping: 2, 6, true, false Methodenparameter: Foo foo und String s Object a static boolean bar public Foo() { Alle drei Methoden mit Bezeichner m keine vorhanden { a = 2; und static { bar = false; Die Methode m ist überladen Zeilen 6 und 15 (Integer auf Object) und Zeilen 9 und 23 (String auf Object) Seite 3 von 17

4 Aufgabe 2: Ausnahmebehandlung Es soll eine Klasse in Java implementiert werden, welche einen Bruch repräsentiert. Damit es bei einer Division durch 0 zu keinem Fehler kommen kann, soll schon beim Setzen des Nenners gegebenenfalls eine Ausnahme in Form einer NennerIstNullException ausgelöst werden, wenn dieser 0 werden würde. Ergänzen Sie das folgende Programm an den vorgesehenen Stellen um solch eine Ausnahmebehandlung. class Bruch{ private int zaehler; private int nenner; public void setzaehler(int zaehler){ this.zaehler = zaehler; public void setnenner(int nenner) throws NennerIstNullException { (1 Punkt) if(nenner == 0 ) throw new NennerIstNullException(); (3 Punkte) this.nenner = nenner; public double todouble(){ return zaehler / nenner; class NennerIstNullException extends Exception (2 Punkte) { public class Test { public static void main(string[] args){ Bruch bruch = new Bruch(); bruch.setzaehler(2); try { (1 Punkt) bruch.setnenner(3); catch (NennerIstNullException e) { // Dieser Fall kann bei setnenner(3) nicht eintreten (3 Punkte) System.out.println(bruch.toDouble()); Seite 4 von 17

5 Aufgabe 3: Abstakte Klassen, Typen, Sichtbarkeit Zu folgendem Programmfragment meldet der Java-Compiler fünf Compilerfehler. public abstract class SuperTest { protected Object o = n("42"); abstract void m(); private String n(string s) { return s; class Test extends SuperTest { abstract void k(); void l(){ n("abc"); String s = o; main(null); public static void main(string[] args){ System.out.println(o);; Finden und begründen Sie die 5 Compilerfehler anhand der Hinweise: Compilerfehler im Zusammenhang mit dem Erben von abstrakten Klassen: Compilerfehler im Zusammenhang mit der Deklaration abstrakter Methoden: Compilerfehler zu Sichtbarkeiten: Test muss die abstrakte Methode m() aus SuperTest implementieren. Die nicht abstrakte Klasse Test darf keine abstrakte Methode k() deklarieren. n() aus SuperTest ist in Test nicht sichtbar. Compilerfehler im Zusammenhang mit Subtyping: String s = o : Einer mit String typisierten Variable darf keine mit Object typisierte Variable zugewiesen werden. Compilerfehler im Zusammenhang mit statischen Deklarationen: Aus einem statischen Kontext (der main-methode) kann nicht auf ein Objektattribut (o) zugegriffen werden. (jeweils 2 Punkte) Seite 5 von 17

6 Aufgabe 4: Aufzählungstypen Die Zustände einer Ampel (Lichtzeichenanlage) sollen in Java als Aufzählungstyp implementiert werden. Geben Sie eine Implementierung eines Typs Ampelzustand an, welche die Zustände ROT, ROT- GELB, GRUEN und GELB annehmen kann. public enum Ampelzustand { ROT, ROTGELB, GRUEN, GELB; (2 Punkte) Geben Sie eine Methode darffahren() an, die innerhalb von Ampelzustand implementiert genau dann true zurückgibt, wenn der Ampelzustand GRUEN oder GELB ist. public boolean darffahren(){ if(this == GRUEN this == GELB){ return true; else { return false; (3 Punkte) Geben Sie eine Methode kommtvor(ampelzustand nachfolgezustand) an, die, innerhalb von Ampelzustand implementiert, genau dann true zurückgibt, wenn der Parameter nachfolgezustand im Sinne der deutschen Straßenverkehrsordnung dem Zustand des Aufrufobjekts folgt. public boolean kommtvor(ampelzustand nachfolgezustand){ switch (this) { case ROT: return (nachfolgezustand == Ampelzustand.ROTGELB); case ROTGELB: return (nachfolgezustand == Ampelzustand.GRUEN); case GRUEN: return (nachfolgezustand == Ampelzustand.GELB); default: return (nachfolgezustand == Ampelzustand.ROT); (5 Punkte) Seite 6 von 17

7 Aufgabe 5: Überschreiben und Überladen Gegeben sei folgendes Java-Programm: public class Fuhrpark { public static void main(string[] args) { Auto auto = new Cabrio(); Boot boot1 = new Boot(); Boot boot2 = new Segelboot(); Motorboot motorboot = new Motorboot(); Cabrio cabrio = new Cabrio(); Super sup1 = new Super(); Super sup2 = new Sub(); sup1.m(motorboot, boot2); sup2.m(boot1, cabrio); sup1.m(boot1, cabrio); sup1.m(boot2, auto); sup2.m(boot1, auto); class Super { public void m(fahrzeug t1, Fahrzeug t2) { System.out.println("1"); public void m(fahrzeug t, Auto f) { System.out.println("2"); class Sub extends Super { public void m(fahrzeug t1, Auto t2) { System.out.println("3"); public void m(boot v, Auto f) { System.out.println("4"); class Fahrzeug { class Auto extends Fahrzeug { class Cabrio extends Auto { class Boot extends Fahrzeug { class Motorboot extends Boot { class Segelboot extends Boot { (Fortsetzung der Aufgabe auf folgender Seite) Seite 7 von 17

8 Begründen Sie, warum folgende Anweisungen zu welcher Ausgabe führen: Lehrgebiet Programmiersysteme (Fortsetzung von Aufgabe 5) sup1.m(motorboot, boot2); Ausgabe: 1 Begründung: Von beiden überladenen Methoden m in Super ist 1 die einzige mit überhaupt passender Signatur. sup2.m(boot1, cabrio); Ausgabe: 3 Begründung: Von beiden überladenen Methoden m in Super ist 2 die speziellere, weswegen der Compiler an diese bindet. Zur Laufzeit wird dann aber 2 von 3 überschrieben. sup1.m(boot1, cabrio); Ausgabe: 2 Begründung: Von beiden überladenen Methoden m in Super ist 2 die speziellere, weswegen der Compiler an diese bindet. Da auch der Laufzeittyp von sup1 Super ist, wird 2 ausgegeben. sup1.m(boot2, auto); Ausgabe: 2 Begründung: Von beiden überladenen Methoden m in Super ist 2 die speziellere, weswegen der Compiler an diese bindet. Da auch der Laufzeittyp von sup1 Super ist, wird 2 ausgegeben. sup2.m(boot1, auto); Ausgabe: 3 Begründung: Von beiden überladenen Methoden m in Super ist 2 die speziellere, weswegen der Compiler an diese bindet. Diese wird in Sub von der Methode 3 (nicht der Methode 4!) überschrieben, weswegen die Ausgabe 3 lautet. (jeweils 2 Punkte; ohne Begründung keine Punkte) Seite 8 von 17

9 Aufgabe 6: Objektorientierte Denkweise Die Programmiererin Daniela K. möchte ein objektorientiertes Programm für ein Motorrad schreiben. Sie beginnt mit folgendem Programmfragment: public class Motorrad { private boolean motorlaeuft; public void start() { motorlaeuft = true; public static void main(string[] args) { start(); Der Compiler meldet ihr: "Cannot make a static reference to the non-static method start() from the type Motorrad". So kommt sie auf die Idee, die Methode start als static zu deklarieren. Warum ist das falsch? Das Attribut motorlaeuft darf nicht static sein, sonst wäre es ein gemeinsames Attribut aller Motorräder, d.h. die Motorräder wären alle gleichzeitig entweder an oder aus, was man natürlich nicht haben will. Und damit darf auch die Methode start() nicht static sein, denn eine statische Methode wird nicht auf einem Exemplar aufgerufen (hat keinen impliziten Parameter), sie kennt überhaupt keine Exemplare. (5 Punkte) (Fortsetzung der Aufgabe auf folgender Seite) Seite 9 von 17

10 (Fortsetzung von Aufgabe 6) Wie könnte man den Fehler im Programm beheben? Geben Sie eine neue Implementierung der Main- Methode an. public class Motorrad { private boolean motorlaeuft; public void start() { motorlaeuft = true; public static void main(string[] args) { Motorrad m = new Motorrad(); m.start(); (5 Punkte) Erläuterung zur : Einer der Grundgedanken objektorientierter Programmierung ist es, Daten und die auf ihnen möglichen Operationen in einer Struktur zusammenzufassen, einem Objekt. Man kann dem Objekt Nachrichten senden (Methoden aufrufen) und dann tut es etwas, typischerweise verändert es seinen Zustand, welcher durch seine Attribute repräsentiert wird. Wenn jemand auf den Starterknopf seines Motorrads drückt, sendet er durch den Knopfdruck eine Nachricht an ein ganz bestimmtes Motorrad und dieses eine Motorrad reagiert darauf. Dem entspricht in einer ganz primitiven Simulation der Aufruf einer Methode start() auf einem Motorrad-Exemplar, welches daraufhin ein boolsches Attribut motorlaeuft von false auf true setzt. Kurz gesagt: Wenn man ein Motorrad starten will, braucht man auch ein Motorrad, also ein Exemplar. Und damit sieht der Code für das Motorrad sinnvollerweise etwa so wie oben vorgestellt aus. Seite 10 von 17

11 Aufgabe 7: Dynamisches Binden Dynamisches Binden bei Methodenaufrufen bezeichnet den Vorgang, durch den einem im Quellcode stehenden Methodenaufruf die Methode zugeordnet wird, welche dann tatsächlich ausgeführt wird. Dieser Vorgang erfolgt bei Java in zwei Stufen. Was erfolgt in der ersten Stufe durch den Compiler? Durch den Compiler erfolgt die Auflösung von Überladung nach dem Most-Specific-Algorithmus. Dabei werden nur die Deklarationstypen (statischen Typen) des Empfängers des Methodenaufrufs sowie der Parameter berücksichtigt. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist der Aufruf einer bestimmten Methode, der durch den Compiler in den Bytecode geschrieben wird. (3 Punkte) Was geschieht zur Laufzeit? Die Laufzeitumgebung ( Virtual Machine, VM) ermittelt den tatsächlichen Typ (dynamischer Typ) des Objekts, an das sich der Methodenaufruf richtete. Das kann ein beliebiger Subtyp des Deklarationstyps sein und in diesem Typ könnte die betreffende Methode überschrieben worden sein. In der dem dynamischen Typ entsprechenden Klasse sucht die VM dann nach einer Methode, deren Signatur genau dem Methodenaufruf aus dem Bytecode entspricht. Findet sie diese Methode dort nicht, schaut sie in der Superklasse nach, ggf. in deren Superklasse und so weiter. Dass sich die Methode finden muss, ist klar, sonst hätte der Compiler den entsprechenden Methodenaufruf gar nicht erst zugelassen. (3 Punkte) (Fortsetzung der Aufgabe auf folgender Seite) Seite 11 von 17

12 (Fortsetzung von Aufgabe 7) Gegeben ist der folgende Programmtext: public class Test { public static void main(string[] args) { Super sup = new Sub(); System.out.println(sup.a); System.out.println(sup.m()); class Super { String a = "Super-Attribut"; String m() { return "Super-Methode"; class Sub extends Super { String a = "Sub-Attribut"; String m() { return "Sub-Methode"; Wie lautet die Ausgabe des Programms? Begründen Sie Ihre Lösung! Die Ausgabe dieses Programms lautet: Super-Attribut Sub-Methode Denn: Beim statischen Binden bei Attributen in Java spielt nur der Deklarationstyp des Ausdrucks, über den die Attributselektion erfolgt, eine Rolle. Der Deklarationstyp der Variablen sup ist Super, also wird die Variable a des Typs Super an die Attributselektion gebunden. Bei der Bindung der Methode durch die VM wird der Laufzeittyp (= dynamischer Typ) des von sup referenzierten Objekts berücksichtigt. Dies ist der Typ Sub. Da die Methode m() aus Super in Sub überschrieben wurde, wird die Methode m() von Sub ausgeführt ( dynamisches Binden ). (4 Punkte, nur soweit Begründung gegeben) Seite 12 von 17

13 Aufgabe 8: Foreach und generische Typen Bitte ergänzen Sie das folgende Programm durch geeignete Schleifen: public class Test { public static void main(string[] args) { // Array-Initialisierung mit klassischer for-schleife // Jedem Element des Feldes soll der String "Wert" zugewiesen werden String[] array = new String[3]; for (int i = 0; i < array.length; i++) { array[i] = "Wert"; (3 Punkte) // Iteration über den Array mit foreach-schleife: // Geben Sie innerhalb der Schleife die Elemente des // Arrays mit System.out.println aus for (String element : array) { System.out.println(element); (2 Punkte) // Initialisierung einer LinkedList mit den Elementen // des Arrays mit Hilfe einer foreach-schleife LinkedList<String> list = new LinkedList<String>(); for (String element : array) { list.add(element); (3 Punkte) // Iteration über die LinkedList mit foreach-schleife // Geben Sie innerhalb der Schleife die Elemente des // Arrays mit System.out.println aus for (String element : list) { System.out.println(element); (2 Punkte) Seite 13 von 17

14 Aufgabe 9: Threads Gegeben sei folgendes Java-Programm: public class Threads { public static void main(string[] args){ Lager lager = new Lager(); Arbeiter t1= new Arbeiter(lager); Arbeiter t2= new Arbeiter(lager); t1.start(); t2.start(); class Lager { private int auslagergenommen = 0; public void nimmauslager() { int tmp = auslagergenommen; auslagergenommen = tmp + 1; class Arbeiter extends Thread { private Lager lager; public Arbeiter(Lager lager){ this.lager = lager; public void run() { for(int i=0; i<10;i++){ lager.nimmauslager(); (Fortsetzung der Aufgabe auf folgender Seite) Seite 14 von 17

15 (Fortsetzung von Aufgabe 9) Die Klasse Arbeiter erbt hier von Thread und erhält dadurch die Möglichkeit, von der Virtuellen Maschine in einem eigenen Thread ausgeführt zu werden. Wie aber ist zu verfahren, wenn Arbeiter von einer anderen Klasse (z.b. einer importierten Klasse Person) erben soll, aber trotzdem die Möglichkeit erhalten bleiben soll, einen Arbeiter als eigenen Thread auszuführen? Welche Änderungen ergeben sich dadurch innerhalb der main-methode? Anstatt von Thread zu erben, kann Arbeiter auch das Interface Runnable implementieren. Dann verändern sich die Initialisierungen von t1 und t2 in der main-methode wie folgt: Thread t1= new Thread(new Arbeiter(lager)); Thread t2= new Thread(new Arbeiter(lager)); (4 Punkte) Das Feld auslagergenommen soll nach Programmende angeben, wie oft die Methode nimmauslager aufgerufen wurde. Erklären Sie, warum dies in obigem Programm nicht zwangsläufig der Fall ist. Es kann passieren, dass beide Arbeiter-Threads gleichzeitig die Methode nimmauslager abarbeiten. Wenn beide Threads kurz nacheinander den Wert n aus dem Feld auslagergenommen auslesen und anschließend beide in das Feld auslagergenommen den Wert n+1 zurück schreiben, wurde auslagergenommen insgesamt um nur 1 erhöht, obwohl die Methode nimmaus- Lager zweimal aufgerufen wurde. (4 Punkte) Geben Sie eine Lösung für das in der vorherigen Teilaufgabe beschriebene Problem an: Durch Hinzufügen des Schlüsselwortes synchronized zur Methodensignatur von nimmauslager wird sichergestellt, dass nur ein Thread gleichzeitig diese Methode ausführen kann. (2 Punkte) Seite 15 von 17

16 Aufgabe 10: Verteilte Systeme Was wird im Kurs 1618 unter einem Verteilten System verstanden? Kriterien verteilter Systeme: Eine Menge von lose gekoppelten Prozessen d.h. von Prozessen, die unabhängig voneinander Berechnungen ausführen und miteinander kommunizieren können. Jeder Prozess arbeitet dabei ein eigenes Programm in einem eigenen Adressraum ab. Insbesondere arbeiten die Prozesse im Allgemeinen parallel. Typischerweise sind verteilte Systeme räumlich, d.h. auf mehrere Rechner verteilt. (2 Punkte) Sockets bilden eine Abstraktionsschicht zur Kommunikation zwischen verteilten Prozessen, die den Programmierer von einigen nicht trivialen Tätigkeiten befreit. Welche Tätigkeiten sind das? Zerteilen der Daten Einpacken der Daten in Pakete mit Adressinformation, Verwaltungsinformation und Paketinhalt Auspacken der eintreffenden Pakete Reihenfolge der eintreffenden Pakete sicherstellen fehlende Pakete nachfordern Pakete am Zielort wieder zusammensetzen. (3 Punkte) (Fortsetzung der Aufgabe auf folgender Seite) Seite 16 von 17

17 (Fortsetzung von Aufgabe 10) Lehrgebiet Programmiersysteme Wie sieht das grundlegende Muster zur Realisierung eines einfachen Servers aus? Geben Sie das passende Programmfragment (Pseudocode oder Java) an oder beschreiben Sie das Muster textuell. Programmfragment des Musters: ServerSocket serversocket = new ServerSocket(Portnummer); while (true) { // Öffnen der Ein- und Ausgabeströme zum Client Socket socket = serversocket.accept(); // Kommunikation zwischen Server und Client socket.close(); Textuelle Beschreibung des Musters: Der Server-Prozess schließt sich an den gewünschten Port an. Dies geschieht in Java mittels des Konstruktors der Klasse ServerSocket. Dann betritt er üblicherweise eine Endlosschleife. Jeder Durchlauf durch die Schleife entspricht der Bedienung eines Clients. In der Schleife wartet der Server, dass sich ein Client an den Port anschließt. Das Warten und das nachfolgende Herstellen der Socket-Verbindung zum Client wird in Java von der Methode accept geleistet. Ihr Aufruf blockiert, bis sich ein Client angeschlossen hat, und liefert dann das Socket-Objekt zurück, das die Verbindung zum Client repräsentiert. Das Socket-Objekt stellt Methoden zur Verfügung, um die Ein- und Ausgabeströme zum Client zu öffnen. (5 Punkte) Seite 17 von 17