Heute: Java. Collections Framework ENUM Vererbung, Schnittstellen, Polymorphie Ausnahmen Streams & Dateien OR-Mapping. Literatur

Transkript

1 Heute: Java Collections Framework ENUM Vererbung, Schnittstellen, Polymorphie Ausnahmen Streams & Dateien OR-Mapping Literatur 1

2 Klausuranmeldung!!! bzw. Link auch über die PRG2-Webseite. Anmeldung nur bis ! 2

3 Java Vorkurs als Vorbereitung für das Praktikum WS 07/ Frei für alle!!! Ganztägig, 2 Wochen Anmeldefrist vom

4 Teil 7 - Java Collections Framework Generics ENUM 4

5 Java Collections Framework Definiert Collections von Objekten, die über einheitliche Schnittstellen manipuliert werden können. Implementiert Datenstrukturen und Algorithmen. Beispiel: Durchgehen einer ArrayList List list = new ArrayList(); list.add( Hello"); list.add( World"); for (Iterator i = list.iterator(); i.hasnext();){ System.out.println(i.next()); 5

6 Java Collections Framework Beispiel: Sortieren einer ArrayList List list = new ArrayList(); list.add( B"); list.add( A"); list.add( C"); Collections.sort(list); System.out.println(list); /* hier wird tostring() aufgerufen von java.lang.objekt bzw. von java.util.abstractcollection */ 6

7 Java Collections Framework Beispiel: Binäre Suche in einer ArrayList List list = new ArrayList(); list.add("b"); list.add("a"); list.add("c"); Collections.sort(list); System.out.println( Collections.binarySearch(list, "A")); 7

8 Java Collections Framework Beispiel: Map (Wörterbuch) Zuordnung von Elementen zu Schlüsseln. Map map = new HashMap(); map.put(2, "Hello"); map.put(4, "World"); System.out.println(map.size()); System.out.println(map.get(4)); 8

9 Java 1.5. Generics Beispiel: Map (Wörterbuch) Zuordnung von Elementen zu Schlüsseln. Jetzt ist aber der Typ vorgegeben! Map<Integer,String> m = new HashMap<Integer,String>(); map.put(2, "Hello"); 9

10 Java Collections Framework Im Package java.util enthalten. Übersicht: java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/collections/index.html Collection Map List Set SortedMap SortedSet Weitere Datenstrukturen: 10

11 Java Collections Framework Set: Menge ohne Duplikate List: Jedes Element hat einen Index Map: Jedes Element hat einen Schlüssel Für uns wichtig: HashMap und ArrayList 11

12 Übersicht Collections Framework Quelle: TIJ3 Bruce Eckel 12

13 ENUM - Beispiel public class Ausgabe { public enum Day { SUNDAY, MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY public static void main(string[] args){ System.out.println(Day.MONDAY); 13

14 ENUM Die Attribute des Aufzählungstyps enum bestehen aus einer festen Menge von Konstanten. ZugriffsSpezifikator enum Bezeichner {Wert1, Wert2,...; enum-aufzählungen sind Klassen enum-aufzählungen erben von der Klasse java.lang.enum enum Aufzählungen sind standardmäßig final 14

15 Teil 8 - Java Vererbung Schnittstellen Polymorphie 15

16 Erinnerung: Beispiel für Vererbung Kraftfahrzeug Typ, Farbe, kmh beschleunigen() bremsen() Omnibus Stehplätze PKW LKW anhängen() Limousine Cabriolet Verdeck öffnen() Cabriolet und Limousine können zusätzliche Methoden bzw. Attribute haben. Beide erben alle Merkmale von PKW und damit auch von Kraftfahrzeug. 16

17 Mehrfachvererbung (Multiple Inheritance) In manchen objektorientierten Programmiersprachen (C++, Smalltalk usw.) kann eine Klasse mehrere direkte Oberklassen haben (Mehrfachvererbung) gute Modellierung mancher realen Gegebenheiten: 17

18 Vererbung Die Methoden (Prozeduren/Funktionen) der Elternklasse können beibehalten, modifiziert oder überschrieben werden, müssen aber denselben Rückgabetyp haben. In Java darf eine Klasse nur eine direkte Elternklasse haben Einfachvererbung. Mehrfachvererbung nur durch Schnittstellen realisierbar (siehe später). 18

19 Vererbung Syntax: ZugriffsSpezifikator class NameDerKlasse extends Oberklasse { // erbt automatisch alle Attribute und // Methoden der Oberklasse 19

20 Vererbung Klassen die final sind, dürfen nicht vererbt werden. Attribute/Methoden die protected sind, können nur im Paket vererbt werden. 20

21 Erinnerung public class Person { private int age; public void incrementage() { age+=1; public static void main(string[] a){ Person p = new Person(); p.incrementage(); 21

22 this und super super: Ermöglicht den Zugriff auf die Methoden der Oberklasse. this: Zeigt auf das aktuelle Objekt. Beispiel: public class Student extends Person { private int semester; public int getsemester() { return this.semester; public void incrementage() { super.incrementage(); // Methode in Person if (this.getsemester() > 8) System.out.println( Studium wird teuer!"); 22

23 instanceof, casting Mit instanceof kann die Klassenzugehörigkeit geprüft werden.... Object o = xyz.get(); if (o instanceof Student) int i = ((Student)o).getSemester();... Beachte: Ein Objekt ist immer auch Element seiner Oberklassen. 23

24 Casting Bei der Deklaration eines Objektes wird die entsprechende Klasse, zu der es gehört, angegeben. Es ist möglich dieses Objekt in ein Objekt einer Oberklasse zu verwandeln, z.b.: Student s = new Student(4); Person p = (Person)s; // Ist das sinnvoll? Diesen Vorgang nennt man casting. Zu den primitiven Datentypen (siehe letzte Vorlesung) existieren Regeln, welchen Typ man in welchen umformen kann. 24

25 Schnittstellen (Interfaces) Um Probleme bei der Mehrfachvererbung zu umgehen, gibt es in Java die eingeschränkte Mehrfachvererbung durch Schnittstellen. Interfaces enthalten nur die "Signaturen" von Methoden. Statt der Definition des Methoden-Inhalts zwischen { und enthalten sie nur ein Semikolon: interface InterfaceName { void methode1(parameterliste) ; 25

26 Schnittstellen (Interfaces) Die Subklasse, die dieses Interface implementiert, muss dann alle darin skizzierten Methoden enthalten, mit der richtigen Signatur (Typ, Name und Parameterliste) und mit einem konkreten Block von Statements: class ClassName implements InterfaceName {... void methode1 (parameterliste) {... // Statements; 26

27 Polymorphie in der Natur Das Pantherchamäleon Das Chamäleon ändert seine Farbe in Abhängigkeit seiner Stimmung. Ärger Es hat eine andere Farbe, ist aber immer noch dasselbe Individuum. 27

28 Polymorphie in der Evolutionstheorie It is not the strongest of the species that survives, nor the most intelligent, but rather the one most responsive to change. Charles Darwin 28

29 Polymorphie Die Fähigkeit eines Objektes zu entscheiden, welche Methode auf sich selbst anzuwenden ist, bezeichnet man als Polymorphie in der Objektorientierung. Das Objekt kann auf eigene Weise auf den Aufruf einer Methode reagieren. 29

30 Beispiel Polymorphie Die Polymorphie bei Methoden heißt Überladen. Vorteile des Überladens einer Methode sinnvoll, wenn mehrere Methoden dasselbe Ergebnis erzielen sollen, aufgrund des Eingabetyps aber unterschiedliche Implementierungen benötigen. Im Programmquellcode entfällt dadurch die umständliche Typabfrage und die anschließende Fallunterscheidung. Bei der Programmierung ist darauf zu achten, dass Methoden mit gleichem Namen inhaltlich zusammenpassen. 30

31 Polymorphie bei Methoden Beispiel Überladung in Java: GeoObjekt berechneflaeche(kreis k) berechneflaeche(rechteck r) Was ist hier nicht sinnvoll? Klasse von geometrischen Formen GeoObjekt. Es gibt zwei Methoden zur Flächenberechnung berechneflaeche() aber mit unterschiedlichen Parametern nämlich zur Berechnung von Kreisen und Rechtecken. unterschiedliche Berechungsvorschriften aber gleicher Name. 31

32 Überschreiben von Methoden In einer Unterklasse darf eine Methode mit gleichem Namen und gleicher Signatur wie in einer Oberklasse definiert werden. Überschreiben (Overwriting) Wichtig: Unterscheidung zum Überladen: (vgl. Beispiel Geometrische Objekte ) - gemeinsame Oberklasse - unterschiedliche Klassennamen Unterklasse1 methodex() Oberklassenmethode geht in der Unterklasse verloren (In Java durch das Keyword super noch zugreifbar!) Oberklasse methodex()... 32

33 Auch Polymorphie Beispiel Late Binding in Java: GeoObjekt Kreis radius berechneflaeche() Rechteck laenge breite berechneflaeche() Klasse von geometrischen Formen GeoObjekt Unterklassen Rechteck und Kreis, jeweils mit einer Methode zur Flächenberechnung berechneflaeche() unterschiedliche Berechungsvorschriften aber gleich benannte Methoden 33

34 Überschreiben von Methoden in Java Fahrzeug kmh: int sitzplaetze: int fahren() plaetze_anzeigen() Omnibus stehplaetze: int plaetze_anzeigen()... Die Unterklasse Omnibus erbt alle Attribute und Methoden der Oberklasse Fahrzeug. Zusätzlich erhält die Unterklasse Omnibus das Attribut stehplaetze. Die Methode plaetze_anzeigen() der Oberklasse Fahrzeug wird in der Unterklasse Omnibus durch eine neue Version überschrieben. 34

35 Abstrakte Klassen Eine Exemplarmethode heißt abstract, wenn sie keinen Rumpfinhalt hat, d.h. wenn nur Ihr Kopf (Signatur), nicht aber eine Implementation angegeben wird. Der Konstruktor einer abstrakten Klasse kann nicht aufgerufen werden, d.h. es kann kein Exemplar erzeugt werden. Ein Klasse, die mindestens eine abstrakte Methode erbt und diese nicht implementiert, ist zwangsläufig abstrakt. 35

36 Innere Klassen class Haus { String s = "Haus"; public static void main(string[] args) { Haus h1 = new Haus(); Zimmer z1 = h1.new Zimmer(); Zimmer z2 = new Haus().new Zimmer(); // in 1er Zeile class Zimmer { String s = "Zimmer"; 36

37 Innere Klassen: Beispiel class Haus { String s = "Haus"; public static void main(string[] args) { new Haus().new Zimmer().ausgabe(); class Zimmer { String s = "Zimmer"; public void ausgabe() { System.out.println( this.s ); // Zimmer System.out.println( Haus.this.s ); // Haus 37

38 Übungs-Aufgabe class A{ public void foo(){ System.out.println("A"); class B extends A { public void foo(){ System.out.println("B"); public static void main(string[] args){ A aobject = new B(); aobject.foo(); AUSGABE: B (VM erkennt dass aobject vom typ B ist) 38

39 Übungs-Aufgabe class A{ public int dosomething(int y){return y*2; public class B extends A{ public long dosomething(int y){return y*4; public static void main(string[] args){ B bobject = new B(); long x = bobject.dosomething(5); System.out.println(x); Falsches Überschreiben: Kompilierung schlägt fehl in Zeile: public long dosomething(int y){return y*4; 39

40 Übungs-Aufgabe class A{ public A(){ super(); System.out.println("A erzeugt"); AUSGABE: A erzeugt B erzeugt public class B extends A{ public B(){ System.out.println("B erzeugt"); super() in class A unnötig public class Test{ public static void main(string[] args){ A aobject = new B(); 40

41 Teil 9 - Java Ausnahmen 41

42 Exceptions - Grundlagen Es gibt außergewöhnliche Bedingungen, die es nicht gestatten im Code normal fortzufahren, z.b. wenn man auf eine Datei zugreifen möchte, die nicht existiert. Ausnahmen (Exceptions) unter Java bieten einen Mechanismus zur strukturierten, flexiblen Behandlung von Fehlern, die während der Laufzeit eines Programmes (Runtime Error) auftreten können. 42

43 Exceptions - Fehlerarten mögliche Fehlerarten zur Laufzeit: Eingabefehler (durch Benutzer) Gerätefehler physikalische Grenzen Codefehler (z.b. ArrayIndex) 43

44 Exceptions - Ablauf Gegeben: Ein Laufzeitfehler löst eine Exception aus (vom System oder vom Entwickler). Entweder Behandlung durch den Programmteil, in dem sie ausgelöst wurde oder weitergeben. Beim Weitergeben hat nun der Empfänger die Möglichkeit sie zu behandeln oder ebenfalls weiterzugeben. Wird die Exception von keinem Programmteil behandelt, führt dies zum Abbruch des Programms (mit entsprechender Fehlermeldung)! 44

45 Exceptions - throwing In manchen Fällen sind die Ausnahmen bereits vorgesehen. Die entsprechenden Methoden enthalten dann eine throws-klausel. throwing = Auslösen der Ausnahme (werfen, schmeißen). Beispiel: void read() throws IOException { throw new IOException( Datei nicht gefunden! ); 45

46 Exceptions - catching Will man solche Methoden (die Exceptions werfen) verwenden, muss die eventuelle Ausnahme abgefangen und die Behandlung implementiert werden. Alternativ kann die Exception einfach weiter gereicht werden mit throws. catching = Behandeln der Ausnahme (Abfangen und Reaktion). Beispiel:... try { read(); catch (IOException e) {... // im Falle einer Ausnahme 46

47 Exceptions - catching In Java übernimmt der try-catch-block die Fehlerbehandlung. Er umgibt den Bereich, in dem der Fehler auftreten könnte. Tritt im try-block ein Fehler auf, wird dieser sofort verlassen (alle weiteren Anweisung werden nicht ausgeführt!) und es wird in den ersten catch-block gesprungen. Falls dieser die Exception nicht abfängt, wird weiter in den nächsten catch-block gesprungen, usw... 47

48 Exceptions - catching Beispiel: Mehrere catch-blöcke (Reihenfolge beachten) try { Anweisung1; catch (Ausnahmetyp1 ex1) { Anweisung2; catch (Ausnahmetyp2 ex2) { Anweisung3; 48

49 Exceptions - catching der finally-block ist optional, folgt nach dem letzten catch-block und wird immer ausgeführt!!! Insbesondere: wenn das normale Ende des try-blocks erreicht wurde (ohne Fehler), wenn eine Exception aufgetreten ist, egal ob sie durch einen catch-block behandelt wurde oder nicht, wenn der try-block durch break, continue oder return verlassen wurde. 49

50 Exceptions - catching Beispiel: try-catch mit finally-block try { Anweisung1; catch (Ausnahmetyp1 ex1) { finally { Anweisung2; 50

51 Exceptions - catching Der finally-block kann somit verwendet werden, um Aufräumarbeiten durchzuführen! Zum Beispiel um Dateien zu schließen oder andere Ressourcen freizugeben (beispielsweise speicherintensive AWT-Objekte). Randbemerkung: grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) von Java: Abstract Window Toolkit (AWT). Siehe evtl. nächstes Semester im Praktikum. 51

52 Exception Weitergabe Statt eine Exception zu behandeln, kann man sie an die aufrufende Methode weitergeben: einfach die try-catch-klausel weggelassen und an den Methodenkopf die Exceptions mit throws anhängen (durch Komma getrennt), die nicht behandelt werden sollen. 52

53 Exception Weitergabe Beispiel:... public void dbausgabe() throws SQLException {... ResultSet ergebnis = stat.executequery("select * FROM kunden WHERE nachname='schmidt'");... 53

54 Exception Behandlung und dann kann die aufrufende Methode die Exception z.b. behandeln. Beispiel von vorheriger Folie:... try { dbausgabe(); // Ausführung von SELECT catch (SQLException ex) { System.out.println("DB-Fehler beim Lesen!");... 54

55 Exception Klassen (API) Fehlerobjekte werden von der jeweiligen Methode generiert und sind Exemplare der Klasse java.lang.throwable Konstruktoren Throwable() Throwable(String msg) Methoden String ex.getmessage(); void ex.printstacktrace(); String ex.tostring(); String ex.getlocalizedmessage(); 55

56 Exception Klassen (API) einzige direkte Unterklassen von Throwable: Error - schwerwiegender Fehler (virtual machine). - sollte nicht abgefangen werden. Exception - kann von der Anwendung abgefangen werden. 56

57 Exception Klassen (API) Throwable Exception Error IOException RuntimeException 57

58 Exception Klassen (API) einige wichtige Ausnahmetypen RuntimeException: ArithmeticException (Division durch 0) ArrayIndexOutOfBoundsException NullPointerException IOException: FileNotFoundException Error: VirtualMachineError Exception: ClassNotFoundException 58

59 Exception Klassen (API) Für die Standard-Java-Klassen kann man in der API nachlesen, ob für eine bestimmte Methode eine Exception behandelt werden muß. Der Compiler gibt eine Fehlermeldung aus, falls eine Exception nicht behandelt wird (catch-or-throw). 59

60 Exception Klassen (API) Ausnahmen von der catch-or-throw-regel sind alle Klassen, die von RuntimeException erben bzw. RuntimeException selbst. Beispiel: Gleitkommadivision durch Null Überlauf Mathematische Fehler Diese Exceptions können, müssen/sollen aber nicht behandelt werden! Fehler-Handling würde sonst zu groß werden. 60

61 Exception Behandlung Beispiel: Diese Methode testet, ob ein String in einen Integer umwandelbar ist. public boolean isinteger(string s){ if ( (s == null) (s.equals("")) ) { return false; else { try { Integer test = new Integer(s); catch (NumberFormatException ex) {// kann return false; 61 return true; Vergleiche Klasse Integer: public static int parseint(string s).

62 Eclipse Fehlermeldung IOException nicht behandelt: Exception in thread "main" java.lang.error: Unresolved compilation problem: Unhandled exception type IOException RuntimeException zur Laufzeit aufgetreten: Exception in thread "main" java.lang.runtimeexception: intval at Ausgabe.main(Ausgabe.java:92) 62

63 Eclipse Fehlermeldung Mathematische Fehler Exceptions werden nur bei ganzzahligen Typen geworfen. System.out.println("Erg: " / 0); // Ergebnis: Infinity // vergleiche java.lang.float.positive_infinity System.out.println("Erg: " + 2 / 0); // Laufzeitfehler: ArithmeticException: by zero 63

64 Eigene Exceptions Es ist möglich, eigene Fehlerklassen aus den vorhandenen abzuleiten. public class MyException extends IllegalArgumentException { public MyException() { super(); public MyException(String s) { super(s); public String getmessage() { return "Meine feste Fehlermeldung!"; 64

65 Eclipse Fehlermeldung public static void main(string[] args) { test() public static void test() throws MyException { throw new MyException(); Exception in thread "main" MyException: Meine Fehlermeldung at TestMyException.test(TestMyException.java:8) at TestMyException.main(TestMyException.java:11) 65

66 Exceptions Ablauf (im Detail) Wenn eine Exception auftritt, sucht das Laufzeitsystem erst in der unmittelbaren trycatch-anweisung, die diesen Fehler behandelt. Wird diese nicht gefunden, wird die Suche in den weiteren umgebenden Blöcken fortgesetzt. Wird auch hier nichts gefunden, wird die Exception an den Aufrufer weitergereicht falls keine Behandlung der Exception erfolgt, bricht das Programm ab. 66

67 Teil 10 - Java Streams & Dateien 67

68 Streams und Dateien Um Daten zwischen zwei oder mehreren Rechnern auszutauschen bedient man sich der Streams. Streams (Ströme) sind vergleichbar mit einem Datentunnel zwischen zwei Rechnern. Wenn man an einem Ende etwas eingießt, kommt es am anderem Ende wieder raus (Gartenschlauch nur in eine Richtung benutzbar). 68

69 Streams und Dateien Rechner A Eingang Rechner B Eingang Ausgang Ausgang 69

70 Streams und Dateien Die obersten Streamklassen sind die abstrakten Klassen InputStream und OutputStream. Diese Klassen bieten Methoden zum Lesen bzw. Schreiben von einzelnen Bytes oder Byte Feldern. Um die Funktionalität zu erweitern, müssen die oberen Klassen erweitern werden. 70

71 Streams und Dateien Über 60 erweiterte Streamklassen gibt es schon. z.b.: DataOutput DataInput (alle primitiven Typen schreiben); (alle primitiven Typen lesen); Diese kann man beliebig miteinander verschachteln. 71

72 Streams und Dateien Auch Klassen zum Zugriff auf Dateien sind vorhanden: Beispiel: DataInputStream / DataOutputStream FileInputStream / FileOutputStream FileWriter / FileReader zum Lesen oder Schreiben von Textdateien 72

73 Teil 11 OR-Mapping Modellierung der Datenhaltung (z.b. mit ER-Diagrammen) und des Datenzugriffs Literatur 73

74 ER-Diagramm Der Kunde muss keine DVD geliehen haben (card 0). Es kann mehrere Exemplare geben (card *). Cartoons haben keine Schauspieler (card 0). 74

75 Speicherung von Objekten in Relationalen Datenbanken OR-Mapping Eine Klasse wird durch eine Tabelle abgebildet. Ein Objekt durch eine Zeile in einer Tabelle. Die Beziehungen werden durch Fremdschlüssel und weitere Tabellen realisiert (siehe nächste Folie). Problem: Abbildung der Vererbungshierarchie. Methoden werden im Allgemeinen nicht auf die Datenbank abgebildet. 75

76 OR-Mapping von 1:n Beziehungen Eine 1:n Beziehung zwischen zwei Klassen kann durch eine Tabelle in der Datenbank realisiert werden: Schlüssel von Professor (name, uni) wird als Fremdschlüsselattribut in die Tabelle Vorlesung aufgenommen. Vorlesung(name, sws, profname, profuni, profrang) 76

77 OR-Mapping von n:m Beziehungen Eine n:m Beziehung zwischen zwei Klassen kann durch drei Tabellen in der Datenbank realisiert werden: für jede der Klassen eine entsprechende Tabelle die dritte Tabelle enthält Schlüssel von Student (matrikelnr) und Schlüssel von Vorlesung (name) Student(matrikelnr, fach) Vorlesung(name, sws) Hört(studentMatrikelnr, vorlesungname) 77

78 Datenzugriff JDBC, SQLJ OR-Mapping-Tools JDO (Spezifikation von Sun) Hibernate ( EJBs (automatische Persistenz durch EJB-Container) Objektserialisierung (Objekte werden als Byte-Stream gespeichert) Speicherung in XML-Files statt der Verwendung von relationalen Datenbanken. 78

79 Datenzugriff mit OR-Mapper Hibernate Auszug aus XML-Mapping-Datei: Hier wird festgelegt das Objekte der Klasse.core.DVD immer in die Tabelle DVD gespeichert werden sollen. <class name= de.firmenname.appname.core.dvd table= DVD > <id name= id column= ID > <generator class= identity /> </id> <property name= status type= string update= true insert= true not-null= true unique= false /> </class> Primärschlüssel Beispiel für das Attribut status 79

80 Links, Literatur /index.htm Jetzt lerne ich Java -> Bibliothek!!! 80