3.2 Objekte und Klassen. Wir werden uns in diesem Kapitel näher mit Objekten und Klassen in Java beschäftigen.

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1 3.2 Objekte und Klassen Wir werden uns in diesem Kapitel näher mit Objekten und Klassen in Java beschäftigen. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-1

2 Objektorientierte Programmierung Objekte Objekte sind kleine Programmstücke. Jedes Objekt hat spezifische Fähigkeiten. Objekte kooperieren, um eine umfangreiche Aufgabe gemeinsam zu erfüllen. Klassen Klassen sind Fabriken für Objekte. Jede Klasse kann einen ganz bestimmten Typ von Objekten erzeugen. Eine Klasse kann beliebig viele Exemplare eines Objekts erzeugen. Jedes Objekt gehört zu genau einer Klasse. Jedes Objekt bekommt einen eigenen Namen. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-2

3 Objekte und Klassen (1) Objekte modellieren Gegenstände Akteure Objekte haben Felder (Eigenschaften ) Methoden (Fähigkeiten) Klassen umfassen gleichartige Objekte enthalten den Bauplan für die Objekte erzeugen Objekte Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-3

4 Objekte und Klassen (2).Auf Karteikarten notieren wir die Fähigkeiten der Objekte Triangle Circle Square Konstruktor: Triangle() Methoden: void makevisible() void changecolor(string) Konstruktor: Triangle() Konstruktor: Maler Methoden: Triangle() void makevisible() Methoden: void moveup() Konstruktor: void changecolor(string) void makevisible() void movedown() Maler() void moveup() void changecolor(string) void movehorizontal(int) Methoden: void movedown() void moveup() void movevertical(int) void malehaus() void movehorizontal(int) void movedown() void maleportrait(string) void movevertical(int) void säuberepinsel() void änderefarbe()... void movehorizontal(int) void movevertical(int) void: Das Ergebnis der Methode ist nicht ein Wert, sondern eine Änderung des Zustandes. Anhand dieser Karteikarten kann sich ein Programmierer passende Objekte aussuchen und diese in seinen Programmen verwenden. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-4

5 Objekte und Klassen (3) Ein Bankkonto als Objekt Was ist ein Konto? Es hat eine Nummer. Es kann den Namen des Inhabers speichern. Es kann einen Geldbetrag speichern. konto_1 nummer : inhaber : Donald Duck kontostand : getkontostand Was kann man mit Konten machen? Den Kontostand abfragen Einen Geldbetrag einzahlen Einen Geldbetrag abheben Auf ein anderes Konto einen Betrag überweisen. einzahlen abheben überweisen betrag : betrag : empfänger : betrag : Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-5

6 Objekte und Klassen (4) Das Bankkonto als Klasse Wir konzentrieren uns zunächst auf die Objektfelder nummer, inhaber, kontostand Die Klasse Konto dient als Fabrik bzw. als Vorlage für beliebig viele einzelne Konten. Jedes Konto ist ein Objekt dieser Klasse. Die Objektfelder speichern jeweils eigene Werte. class Konto { int int nummer; String inhaber; int int kontostand; } Einige Objekte (Instanzen) der Klasse Konto: konto_1 nummer : inhaber : Otto kontostand : 700 konto_2 nummer : inhaber : Bill kontostand : deinkonto nummer : inhaber : Ötzi kontostand : -230 Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-6

7 Objekte und Klassen (5) In BlueJ erzeugen wir die Klasse Konto Neue Klasse: Konto Objektfelder: nummer inhaber kontostand Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-7

8 Objekte und Klassen (6) Dann erzeugen wir die Objekte konto1, konto2 und meinkonto Wir inspizieren meinkonto und finden int nummer: 0 String inhaber: null int kontostand: 0 null bedeutet uninitialisiert. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-8

9 Felder Die Klasse Konto hat drei Objektfelder: nummer inhaber kontostand Jedem Feld ist sein Typ vorangestellt: int nummer ; das Feld nummer kann eine beliebige ganze Zahl aufnehmen (keinen Text, keine Dezimalzahl) String inhaber ; das Feld inhaber kann einen beliebigen Text aufnehmen (keine Zahl, keinen Wahrheitswert) int kontostand ; class class Konto Konto { int int nummer; String inhaber; int int kontostand; } das Feld kontostand kann eine beliebige ganze Zahl aufnehmen (genau genommen, nur im Bereich der Genauigkeit des Rechners) (keinen Text, keine Dezimalzahl) Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java 3.2-9

10 Primitive Typen und Objekttypen Es gibt zwei Kategorien von Typen int ist ein primitiver Typ Der Wert eines primitiven Typs wird direkt in das Feld geschrieben. die anderen primitive Typen heißen: boolean, char, byte, short, long, float, double String ist ein Objekttyp so wie Konto oder Maler. In ein Feld vom Objekttyp wird nicht sein Wert, sondern ein Link (Referenz) auf den Wert hineingeschrieben. Solange es noch nicht initialisiert ist, hat es den Wert null. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

11 Methoden (1) Bisher haben unsere Konten nur Felder. Es fehlen noch Methoden, zum Beispiel getkontostand einzahlen abheben überweisen getkontostand einzahlen betrag : abheben betrag : überweisen empfänger : betrag : Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

12 Methoden (2) Methoden lassen sich klassifizieren in Observer-Methoden liefern Objekt-Informationen zurück. Sie liefern einen Wert, z. B. eine Zahl, einen String, ein anderes Objekt. Observer sollen das Objekt nicht verändern Mutator-Methoden verändern das Objekt. Sie verändern den Zustand des Objekts. Sie werden i. d. R. nicht verwendet, um Informationen über das Objekt zu liefern. Methoden können zugleich Mutator und Observer sein. Solche Methoden sollten Sie nur in begründeten Ausnahmen verwenden. ansonsten berechnet der Tutor Ihnen Minuspunkte! Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

13 Methoden (3) Observer und Mutatoren für das Konto Observer getkontostand Typ des Rückgabewertes: int getkontostand Mutatoren einzahlen abheben überweisen Typ des Rückgabewertes: keiner, also void einzahlen abheben überweisen betrag : betrag : empfänger : betrag : Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

14 Methoden (4) Rückgabewert Die Methode getkontostand soll den Wert des Feldes kontostand liefern (engl: to return) Typ des Ergebnisses Name der Methode Parameterliste int getkontostand( ) { return kontostand; } liefere als Rückgabewert den Inhalt des Feldes kontostand Kopf Körper/Rumpf Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

15 Methoden (5) Parameter Die Methode einzahlen benötigt einen Input: Den zu überweisenden betrag. Das ist ein Wert vom Typ int. Typ des Ergebnisses Name der Methode ein Parameter vom Typ int void einzahlen ( int betrag ) { kontostand += betrag ; } kontostand wird erhöht um betrag Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

16 Methoden (6) Signatur Den Kopf einer Methode nennt man auch Signatur. Dazu gehören: der Name die Liste der Parametertypen Nicht zur Signatur gehören: der Ergebnistyp die Parameternamen Beispiele: int getkontostand( ) { return kontostand; } void einzahlen ( int betrag ) { kontostand += betrag ; } void überweisen( Konto empfänger, int betrag ) { //... kommt noch ; } getkontostand( ) einzahlen(int) überweisen(konto, int ) Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

17 Die neue Klasse Konto Beachten Sie die Formatierung der Klammern für den Rumpf der Methoden. Wenn der Cursor neben einer Klammer steht, wird deren Partner hervorgehoben Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

18 Die neuen Fähigkeiten von Konto Das Objekt versteht jetzt einzahlen und getkontostand Wir wählen den Menüpunkt einzahlen. Es erscheint ein Fenster, um den Parameter betrag einzugeben. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

19 Rückgabewerte getkontostand() ist ein Observer. der Rückgabewert ist vom Typ int Bei Anwahl des Menüpunktes öffnet BlueJ ein Fenster, in dem der Rückgabewert angezeigt wird. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

20 Objekte live beobachten Inspizieren Sie ein Konto. Lassen Sie den Inspektor geöffnet und zahlen Sie ein, heben Sie ab, Sie sehen, wie sich der Wert kontostand dabei verändert. Übrigens wurde abheben analog zu einzahlen implementiert. Statt += (erhöhen um) müssen Sie dort -= (erniedrigen um) verwenden. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

21 Überweisen Um einen Geldbetrag von einem Konto auf ein anderes zu überweisen, benötigt die Methode zwei Parameter: das Konto des Empfängers den Betrag. Typ des Ergebnisses Name der Methode Erster Parameter ist vom Typ Konto Zweiter Parameter ist vom Typ int void überweisen( Konto empfänger, int betrag ) { abheben(betrag); empfänger.einzahlen(betrag); } Konto des Empfängers Aufruf der Methode Betrag aus Parameter 2 Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

22 Methodenaufruf Beim Aufruf einer Methode werden formale Parameter durch aktuelle Werte ersetzt: void überweisen( Konto empfänger, int betrag ) { abheben(betrag); empfänger.einzahlen(betrag); } Die Methode überweisen besteht aus einem Aufruf der Methode abheben, dann aus einem Aufruf der Methode einzahlen des empfänger-kontos. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

23 Kommunikation zwischen Objekten Der Aufruf überweisen(konto7,325); führt zu abheben(325); konto7.einzahlen(325); also einem Methodenaufruf eines anderen Objektes. Es liegt eine (elementare) Objekt-Kommunikation vor: Das Objekt, das die Methode überweisen benutzt, kommuniziert mit dem Objekt, das als empfänger-konto benannt ist. Der empfänger, hier konto7, erhält die Weisung, einzahlen aufzurufen, und den Parameter 325. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

24 Was passiert? meinkonto nummer : inhaber : Donald Duck kontostand : 775 getkontostand Konto7 nummer : inhaber : Dagobert kontostand : getkontostand einzahlen betrag : einzahlen betrag : abheben betrag : abheben betrag : überweisen empfänger : betrag : 325 überweisen empfänger : betrag : 325 abheben(325); konto7.einzahlen(325); abheben betrag : 325 konto7 einzahlen betrag : 325 Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

25 In BlueJ Eingabe des Konto-Parameters durch Eingabe des Namens hier: konto7 (ohne ), oder... durch Klick auf das Objekt Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

26 Konstruktoren Konstruktoren dienen in Java dazu, Objekte zu erzeugen. Bisher haben alle Konten: Nummer: 0 Inhaber : <null> Nummer und Namen sollten bei der Erzeugung des Objektes gesetzt werden. Danach brauchen sie nicht mehr verändert werden. Wer sollte also verantwortlich sein für die Konstruktor-Methode die Klasse? das Objekt? Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

27 Konstruktoren Konstruktoren sind spezielle Methoden. gehören zur Klasse. Sie haben den gleichen Namen wie die Klasse: Der Konstruktor der Klasse Konto heißt Konto Groß- bzw. Kleinschreibung ist wieder signifikant. Konstruktoren haben keinen Rückgabewert. Ihr Ergebnis ist ein neues Objekt der Klasse. Ein Konstruktor für Konto liefert ein Objekt der Klasse Konto Sie brauchen kein return Wenn ein Konstruktor fertig ist, hat er sein Objekt konstruiert. Für jede Klasse gibt es einen Default-Konstruktor. Er kann ein Objekt der Klasse erzeugen. Alle Felder sind mit Vorgabe-Wert initialisiert: Jedes int-feld mit 0 Jedes Objekt-Feld mit <null> Default-Konstruktor der Klasse Konto: Konto( ) { } Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

28 Ein besserer Konstruktor für Konten Konto(int neuenummer, String name){ nummer = neuenummer; inhaber = name ; kontostand = 0; } Definition des Konstruktors Der Aufruf new Konto( , Dagobert ) liefert: nummer : inhaber : Dagobert kontostand : 0 Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

29 Konto-Erzeugung in BlueJ Die Klasse Konto hat einen neuen Konstruktor mit zwei Parametern: Bei der Erzeugung eines Objektes werden die gewünschten Werte der Parameter abgefragt: Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

30 Mehrere Konstruktoren (1) Eine Klasse kann mehrere Konstruktoren haben. Beispiele: Die Bank will einem Neukunden gleich ein Begrüßungsgeld überweisen. Wenn der Neukunde von einem anderen Kunden geworben wurde, soll der Werber eine Prämie erhalten Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

31 Mehrere Konstruktoren (2) Verschiedene Konstruktoren müssen verschiedene Signaturen haben, da sie systemintern aufgrund ihrer Signaturen unterschieden werden. In der Klasse Konto sind zum Beispiel gleichzeitig möglich: Konto ( ) Konto (int nummer, String name) Konto (String name, int nummer) Konto (int nummer, String name, int begrüßungsgeld) Konto (int nummer, String name, Konto werber) Nicht erlaubt sind gleichzeitig Konto (int nummer, String name) Konto (int betrag, String empfänger) Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

32 Information Hiding (1) Bisher gehört zu einem Konto die Karteikarte: Konto Felder: int nummer String inhaber int kontostand Konstruktoren: Konto() Konto(int,String) Methoden: int getkontostand () void einzahlen (int) void abhebeben (int) void überweisen (Konto, int)... Ein Benutzer der Klasse Konto sollte auf die gespeicherten Daten nur mit Hilfe der vereinbarten Methoden zugreifen können. Wir schützen daher die Felder vor externem Zugriff durch das Schlüsselwort private. Was sind die Vorteile, was die Nachteile? Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

33 Information Hiding (2) Wir schützen die Felder inhaber und kontostand. Von einem Benutzer können sie dann nicht gelesen oder verändert werden, außer mit den erlaubten Methoden: int getkontostand() String getinhaber() einzahlen() abheben() überweisen() Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

34 Die neue Karteikarte für Konto Die Karteikarte für Konto sieht jetzt so aus: Konto Felder: int nummer private private String String inhaber inhaber private private int int kontostand kontostand Konstruktoren: Konto() Konto(int,String) Methoden: int getkontostand () String getinhaber() void einzahlen (int) void abhebeben (int) void überweisen (Konto, int)... inhaber und kontostand sind von außerhalb nicht mehr sichtbar. inhaber kann noch gelesen, aber nicht verändert werden. Will die Bank später für jedes Lesen eine Legitimation (z. B. ein Passwort) verlangen, so muss sie nur getinhaber() ändern. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

35 Kommentare Java kennt drei Arten von Kommentaren: // Kommentare bis zum Zeilenende eine kurze Erläuterung für jemand, der das Programm liest /* Kommentare innerhalb einer Code-Zeile */ erläutern eine schwierige Stelle damit ich später weiß, was ich mir dabei gedacht habe damit meine Kollegin den Code versteht /** Aus dem Text in diesen Klammern */ erzeugt javadoc.exe eine Dokumentation Bestimmte Marken zur Textauszeichnung sind erlaubt, Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

36 Kommentare für Javadoc Javadoc sollte wissen: Zu Beginn der Klasse: /** Wozu dient sie, was stellt */ Für jedes Feld /** Was wird hier gespeichert */ Für jede Methode /** Was tut Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

37 Mindest-Dokumentation Eine Dokumentation ist essentiell für jedes Programm! Andere müssen meine Klassen nutzen, ohne den Source-Code zu kennen Eine Mindest-Dokumentation wird direkt aus BlueJ erzeugt: Wozu dient die Klasse? Autor Version/Datum Was bedeuten die Felder? (nicht notwendig für als private erklärte Felder) Was tun die Methoden? Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

38 Mindest-Dokumentation: Beispiel Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

39 Ergebnis von Javadoc: Brauchbare Dokumentation Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

40 Weitere Javadoc-Möglichkeiten Neben sind auch einfache HTML-Befehle möglich wie <p>, <b>, <strong>, <i>,... Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java

41 Fazit Wir haben Klassen und Objekte (Instanzen) genau kennen gelernt. Wir verstehen, wozu Methoden dienen, und können sie benutzen. Wir verstehen Konstruktoren und können sie benutzen. Wir wissen, wozu man Parameter als private spezifiziert. Wir haben Kommentare für Java kennen gelernt und wissen, wie wir mit Javadoc eine einfache Dokumentation für unser Programm erzeugen können. Praktische Informatik I Wolfgang Effelsberg 3. Die Programmiersprache Java