Umsetzung einer Klassenkarte in einer Programmiersprache

Transkript

1 Klassen in Java Umsetzung einer Klassenkarte in einer Programmiersprache Objektorientierte Programme bestehen (nur) aus Klassendefinitionen In Klassendefinitionen wird die Struktur der Objekte festgelegt, die die Zustände und den Ablauf eines Programms bestimmt.

2 Von der Klassenkarte zur Definition in Java Klassenkarte Klassendefinition in Java KREIS class Kreis { Name der Klasse radius xposition yposition farbe istsichtbar Kreis() anzeigen() verstecken() verschieben() fuellen()... int radius; int xposition; int yposition; String farbe; boolean istsichtbar; Kreis()... void anzeigen()... void verstecken()... void verschieben()... void fuellen() Attribute Konstruktor Methoden

3 Datentypen Ein Datentyp beschreibt von welcher Art gespeicherte Informationen sind. Alle Daten in Java-Programmen haben einen Datentyp, u.a. hat jedes Attribut einen Datentyp. Es gibt in Java unter anderem die folgenden Datentypen: int für ganze Zahlen wie 12, , usw. double für Gleitkommazahlen (d.h. Dezimalbrüche) wie 3.17 oder boolean für die Wahrheitswerte true und false String für Texte wie Hallo, Guten Tag oder Hans. (Vorsicht: Bei Texten handelt es sich um Objekte, nicht um einfache Werte, daher auch großgeschrieben.) Die Angabe void bei Methoden bedeutet, dass diese Methode keinen Rückgabewert liefert.

4 Klassen in Java Methoden: Definition und Aufruf Methoden verändern Attribute von Objekten. Methoden bestimmen den Ablauf des Programms.

5 Von der Klassenkarte zur Definition in Java Eine Methodendefinition besteht aus: 1. Typ des Rückgabewertes der Methode (void bedeutet, dass die Methode keinen Rückgabewert hat) 2. Bezeichner der Methode 3. In Klammern gegebenenfalls eine Liste der Parameter, die von der Methode übernommen werden, mit dem jeweiligen Typ 4. In geschweiften Klammern die Beschreibung des Algorithmus, der beim Aufruf der Methode ausgeführt werden soll. Dieser kann z.b. Wertzuweisungen und Methodenaufrufe beinhalten class Kreis { int radius; int xposition; int yposition;... void setzeradius(int neuerradius) { loeschen(); radius = neuerradius; zeichnen(); Methodenname Parameter Algorithmus

6 Klassen in Java Wertzuweisungen Die Zustände von Objekten werden durch die Werte ihrer Attribute bestimmt. Beim Ablauf eines objektorientierten Programms ändern sich die Werte der Attribute.

7 Wertzuweisung Wertzuweisung: Anweisung zur Änderung des Wertes eines Attributes Dies wird in vielen Sprachen (z.b. C, C++ oder Java) durch das Symbol = dargestellt. Beispiel: kreis1.farbe = "rot" weist dem Attribut farbe des Objektes kreis1 den Wert "rot" zu. Auf der linken Seite einer Zuweisung steht ein Attributbezeichner, auf der rechten Seite ein Term. Zunächst wird der Wert des Terms berechnet und dann dem Attribut als Wert zugewiesen. Beispiel: rechteck1.breite = 5 * 7 + 3

8 Wirkung einer Zuweisung Bei einer Zuweisung geht der vorherige Wert des jeweiligen Attributes verloren. Beispiel: Bei einem Rechteck r sollen die Werte von breite und hoehe vertauscht werden. Zeit Anweisung Wert von r.breite Wert von r.hoehe r.breite = unbekannt r.hoehe = r.breite = r.hoehe Ergebnis: Nach der letzten Zuweisung haben breite und hoehe den selben Wert. Der Wert 10 ist also verloren gegangen.

9 Ringtausch Will man die Werte zweier Attribute austauschen, so benötigt man ein drittes Attribut zum Zwischenspeichern desjenigen Wertes, der ansonsten überschrieben werden würde: r.breite 2 r.hoehe 1 3 r.temp

10 Ringtausch: Werteverlauf Anweisung Wert von r.breite Wert von r.hoehe Wert von r.temp r.breite = unbekannt unbekannt r.hoehe = unbekannt r.temp = r.breite r.breite = r.hoehe r.hoehe = r.temp

11 Gleichheitszeichen und Vergleichsoperatoren Die Verwendung des mathematischen Gleichheitssymbols = für die Zuweisung ist wohl eine der unglücklichsten Entscheidungen in der Geschichte der Programmiersprachen. Eine der negativen Konsequenzen ist, dass man für die Gleichheitsaussage ein anderes Symbol verwenden muss. In Java ist dies das doppelte Gleichheitszeichen. Beispiel: kreis1.radius == 5 steht für die folgende Aussage: Das Attribut kreis1.radius hat momentan den Wert 5. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist diese Aussage entweder wahr oder falsch. Daneben gibt es weitere Vergleichsoperatoren, z.b.: <=,!= und >=

12 Klassen in Java Programmstart und Java-Tutor Wie startet ein Java-Programm? Definition der main-methode Visualisierung des Programmablaufs mit Java-Tutor

13 Programmstart: main-methode Wo startet ein Java-Programm? Die main-methode ist die Methode, die automatisch aufgerufen wird, sobald das Programm gestartet wird. In jedem vollständigen Java-Programm muss eine main-methode definiert werden. Die main-methode ist (zunächst) die einzige Methode, die aufgerufen werden kann, ohne dass es schon ein Objekt der Klasse gibt. class Person { public static void main(string[] args) { Person paul = new Person(); paul.saghallo();

14 Visualisierung des Programmablaufs mit Java-Tutor

15 Klassen in Java Kommunikation mit Methoden Ein Ablauf eines objektorientierten Programms entsteht durch eine Folge von Methodenaufrufen. Meist rufen dabei Objekte auch die Methoden anderer Objekte auf.

16 Austausch von Daten mit Methoden Eingabe: Wie kann man Informationen (als Daten) an Methoden übergeben? Gewicht (kg) Größe (cm) Ausgabe: Wie geben Methoden ihre Ergebnisse an den Nutzer zurück? Dafür gibt es drei Verfahren: Direkte Ausgabe am Bildschirm Rückgabewerte von Methoden (Globale Variable, siehe später) BodyMassIndex Ergebnis

17 Eingabe über Parameterwerte In der Definition der Methode (Kopfzeile) wird die Liste der notwendigen Parameter mit ihrem jeweiligen Typ angegeben. int bodymassindex(int gewicht, int groesse) { return gewicht / (groesse/100)^2; Beim Aufruf der Methode müssen dann die Werte für diese Parameter (in derselben Reihenfolge) angegeben werden: bodymassindex(72, 180)

18 Ausgabe von Ergebnissen Wie viel C entsprechen 121 F?

19 Direkte Ausgabe am Bildschirm void fahrenheitincelsius(int t) { System.out.print(t + " F entsprechen "); System.out.print(((t - 32) / 1.8) + " C"); Program output: 121 F entsprechen C Für die direkte Ausgabe von Texten oder Zahlen in einem Ausgabefenster steht die Methode System.out.print() zur Verfügung (Das Ausgabefenster bei Java Tutor heißt z.b. Program output.) Wenn mehrere Ausgaben hintereinander ausgeben sollen (z.b. Texte oder Zahlen), dann werden diese mit Hilfe des Operators + verkettet. Vorsicht: Das ist keine Addition!

20 Rückgabewerte von Methoden double celsiusinfahrenheit(double t) { return t * ; Die Anweisung return x in einer Methode bewirkt, dass diese den Wert von x als Rückgabewert liefert. In der Definition jeder Methode muss der Typ ihres Rückgabewertes festgelegt, z.b. int, double oder String. void gibt an, dass die Methode keinen Rückgabewert liefert. (Dann kann man auch keinen Wert mit return zurückgeben.)

21 Funktionen in Termen double quadrat(double basis) { return basis * basis; Definition der Funktion quadrat a b d double diagonale(double a, double b) { return Math.sqrt(quadrat(a) + quadrat(b)); Aufrufe der Funktion quadrat d a 2 b 2 Falls eine Methode (unter Verwendung von return) einen Rückgabewert liefert, können Aufrufe dieser Methode in Terme eingebaut werden. Bei der Berechnung dieser Terme werden dann diese Aufrufe ausgewertet und die Rückgabewerte der Methoden an der Stelle der Funktionsaufrufe in den Term eingesetzt.

22 Klassen in Java Erzeugen von Objekten Wie kann man Objekte erzeugen? Was passiert dabei genau? Wie und zu welchem Zeitpunkt werden Objekte (bzw. deren Attribute) initialisiert?

23 Erzeugen von Objekten Objekte werden erst zur Laufzeit eines objektorientierten Programms erzeugt. Beim Erzeugen eines Objektes wird im Arbeitsspeicher des Rechners ein bestimmter Bereich für dieses Objekt reserviert. In diesem Bereich müssen dann alle Informationen über dieses Objekt gespeichert werden, wie z.b. die Klasse des Objektes sowie die aktuellen Werte seiner Attribute. Programmquelltext: class Kreis { int radius; int xposition; int yposition; String farbe; boolean istsichtbar;... Ein Objekt im Arbeitsspeicher: <Verweis auf Klasse> blau false

24 Erzeugen von Objekten Für die Erzeugung von Objekten verwenden die meisten Programmiersprachen sogenannte Konstruktor-Methoden (kurz: Konstruktoren). Der Konstruktor einer Klasse hat immer den gleichen Namen wie die Klasse selbst. Beispiel für einen Aufruf: kreis1 = new Kreis(); Beim Aufruf eines Konstruktors wird ein neues Objekt erzeugt. Nach der Erzeugung können in der Konstruktor-Methode seine Attribute mit Werten belegt werden. Konstruktoren liefern Objekte der jeweiligen Klasse zurück. Daher muss für ihren Rückgabewert kein Typ angegeben werden. class Kreis { int radius; int xposition; int yposition; String farbe; boolean istsichtbar; Kreis() { radius = 10; void anzeigen() { Konstruktor-Methode

25 Erzeugen von Objekten Das anzulegende Objekt existiert zum Zeitpunkt des Aufrufs der Konstruktor- Methode noch gar nicht. Eine Konstruktor-Methode kann daher nicht wie eine normale Methode aufgerufen werden (wie z.b. kreis1.anzeigen()) Stattdessen wird eine Konstruktormethode mit dem Schlüsselwort new aufgerufen. Beispiel für einen Aufruf: kreis1 = new Kreis(); class Kreis { int radius; int xposition; int yposition; String farbe; boolean istsichtbar; Kreis() { radius = 10; Konstruktor-Methode void anzeigen() {......

26 Initialisierung von Attributwerten Bei der Erzeugung eines Objektes sollten die Attribute möglichst bald mit Anfangswerten belegt werden. Dafür gibt es drei Möglichkeiten: 1. Die Klasse legt selbst Standardwerte für die Attributwerte neuer Objekte fest. 2. In einer Konstruktor-Methode werden mit Zuweisungsanweisungen feste Anfangswerte vorgegeben. Aufruf: kreis1 = new Kreis(); class Kreis { int radius = 10; int xposition = 0; int yposition = 0; String farbe = "schwarz"; boolean istsichtbar = true; Kreis() { radius = 20; farbe = "rot"; 3. Wesentlich flexibler ist die Programmierung einer Konstruktor-Methode, die Parameter hat und die Attribute entsprechend initialisiert. Aufruf: kreis2 = new Kreis(12, "blau"); Kreis(int r, String f) { radius = r; farbe = f;

27 Referenzen Nach ihrer Erzeugung werden Objekte grundsätzlich über Referenzen angesprochen. Eine Referenz ist nichts anderes als die Angabe der ersten Speicherzelle des Arbeitsspeicherbereiches, in dem das Objekt angelegt wurde. In allen Fällen, in denen Attributwerte Objekte sind (z.b. alle Werte vom Datentyp Kreis), wird als Wert eine Referenz auf dieses Objekt gespeichert. Dass Attributwerte Objekte sind, erkennt man daran, dass als Datentyp eine Klasse angegeben wird, z.b. Kreis. Solche Klassennamen werden, im Gegensatz zu atomaren Datentypen wie z.b. int, mit großem Anfangsbuchstaben geschrieben. class Ampel { Kreis lichtoben; Kreis lichtmitte; Kreis lichtunten; Rechteck gehaeuse; String zustand;...

28 Löschen von Objekten Wenn ein Objekt nicht mehr benötigt wird, muss es wieder gelöscht werden, um den belegten Speicherplatz anderweitig nutzen zu können. In manchen objektorientierten Sprachen muss sich der Programmierer selbst darum kümmern, dass nicht mehr benötigte Objekte wieder gelöscht werden. Dazu wird dann mit jeder Klassendefinition eine sogenannte Destruktor-Methode, z.b. löschen(), zur Verfügung gestellt. In Java wird das in gewissen Zeitabständen durch ein intelligentes, automatisches System zur Speicherplatzfreigabe (Garbage Collection System) erledigt.