Skriptum Bauinformatik SS 2013 (Vorlesung III)

Transkript

1 Skriptum Bauinformatik SS 2013 (Vorlesung III) Stand: Dr. Johannes Lange

2 2 Inhalt Grundlagen Programmierung... 2 Imperative Programmierung... 2 Objektorientierte Programmierung... 2 Objekte... 2 Klassen und Objekte... 3 Klassen und Objekte in der Anwendung... 4 Objektorientierte Programmierung Vererbung und Polymorphie... 7 Allgemeines... 8 Termine... 8 Räume und Uhrzeit:... 8 Klausuren... 8 Kontakt... 8 Grundlagen Programmierung Bis jetzt wurde VBA als Imperative Programmierung verwendet. VBA enthält aber auch eine Reihe von objektorientierten Techniken, die in diesem Abschnitt behandelt werden. Imperative Programmierung Imperative Programmierung ist ein Programmierparadigma (also eine Technik), bei dem das Programm aus einer Folge von Anweisungen - Blöcken (strukturierte Programmierung) besteht. Daneben können Prozeduren (Funktionen) in andere Programmbereiche führen, die wiederum aus einer Folge von Anweisungen bestehen. Strukturierte Programmierung Folge von Anweisungen - Blöcke hintereinander Prozedurale Programmierung - Funktionen (Prozeduren) Dieses Basisparadigma wird im Folgenden durch die objektorientierte Programmierung ergänzt. Objektorientierte Programmierung In der objektorientierten Programmierung werden Daten und Funktionen möglichst eng an ein Objekt gekoppelt um es von anderen Objekten zu kapseln und damit nicht von dort aus veränderbar zu machen. Bei der Objektorientierten Programmierung werden Bereiche der realen Welt modelliert, indem sie in Objekte eingeteilt werden, die durch ihre Attribute (Eigenschaften) und Methoden (Funktionen) ein Modell der Bereiche ergeben ( abstrahieren ). Objekte Z.B. ist ein Auto ein Objekt, es besteht aus Rädern, Bremsen, Achsen, Motor uvm. was wiederum Objekte sind. Diese Objekte haben Attribute (Eigenschaften): z.b. hat ein Rad eine Größe, eine Umdrehungszahl [Umdrehungen / Minute] und vieles mehr. Diese Attribute sind Variablen oder selbst Objekte. Des Weiteren haben Objekte Methoden (Funktionen), mit denen sie ihre

3 3 Eigenschaften ändern, oder andere beeinflussen können. Folgende Übersicht (Abbildung 1) zeigt (eine Auswahl von) Teilen eines Autos als Objekte und ihre Zusammenhänge. Abbildung 1: Objekte im Beispiel Auto Klassen und Objekte In der objektorientierten Programmierung werden Objekte (Instanzen) von Klassen erzeugt ( instanziiert ). Eine Klasse ist wie ein Bauplan für ein Objekt. Von einer Klasse können zunächst beliebig viele Objekte erzeugt werden. Ein Objekt enthält Daten und führt Funktionen aus nicht aber seine Klasse. Abbildung 2: Beispiel Klassen Rad/Achse (oben) und ihre Objekten (unten) am Beispiel Auto Von der Klasse Rad werden im Beispiel Abbildung 2 vier Rad-Objekte erzeugt, entsprechend von der Klasse Achse zwei Achsen-Objekte. Die Objekte haben zur Unterscheidung unterschiedliche Namen (Achse_vorne, Achse_hinten) und werden in der Notation unterstrichen. Daraus folgt, dass die 4 Räder in Abbildung 1 durch eine einzige Klasse erzeugt werden können, entsprechend Achsen usw.. Werden die Objekte jetzt durch Klassen abgebildet, lässt sich das Beispiel Auto durch ein Analyse- Klassendiagramm (Abbildung 3) abbilden. Abbildung 3 Analyse Klassendiagramm (Beispiel Auto)

4 4 In Abbildung 3 werden Klassen gezeigt. Zusätzlich wird die Anzahl der zusammengehörenden Objekte anhand kleiner Zahlen am Anfang und am Ende der Verbindungslinien dargestellt. Methoden zur Interaktion werden zwischen den Klassen beschreiben und geben eine Richtung vor. Die Klasse und die erzeugten Objekte haben jeweils einen Namen und enthalten Attribute (Variablen, Member) und Methoden (Funktionen, Prozeduren). Erst in den Objekten werden konkret die Daten gespeichert. Abbildung 4: Klasse(links) und Objekt (rechts) Klassen und Objekte in der Anwendung Klassen Objekt erzeugen Zur Erzeugung eines Objekts wird zunächst eine Variable vom Typ der Klasse deklariert. Danach wird mit set und new das Objekt instanziiert. Im Beispiel wird das Objekt Rad_HintenLinks der Klasse Rad erzeugt. In der ersten Zeile findet eine übliche Deklaration statt. In der zweiten wird mit Set ein neues Objekt erzeugt, dem schließlich mit new Rad ein neu erzeugtes Objekt von Rad zugewiesen wird. Klassen Attribute und Methoden von Objekten aufrufen Zum Aufruf von Attributen und Methoden eines Objekts wird nach dem Objektnamen ein Punkt gesetzt und der Name der Attribute und Methoden schließt sich an. Das Objekt muss vorab von einer Klasse instanziiert sein. ObjektName.Funktionsaufruf() z.b. Rad_LinksVorne.Beschleunigen(100) Alle Attribute und Methoden, die bei einer Klasse public sind können von außen aufgerufen werden. Bei Methoden können zusätzlich wie bei Funktionen Parameter mitgegeben und ein Parameter zurückgegeben werden.

5 5 Klassen Initialize und Terminate Beim Erzeugen eine Objekts wird Initialize (Konstruktor) aufgerufen, beim Schließen entsprechend Terminate (Destruktor). Wird ein Klassenmodul erzeugt, stehen die beiden Makros Class_Initialize() und Class_Terminate() über die Dropdownfelder im Codefenster zur Verfügung. Hier können Initialisierungen oder Schließfunktionen beim Erstellung und Zerstören des Objekts aufgerufen werden. Sie sind bedingt vergleichbar mit den Konstruktoren und Destruktoren in anderen objektorientierten Sprachen (Z.B. VB). Public und Private Der Geltungsbereich von Variablen und Funktionen wird mit Public und Private gesteuert. Private-Elemente sind nur in einem (Klassen-)Modul gültig und können nicht von einem anderen aufgerufen werden. Wird mit Public deklariert, ist dies, im Unterschied dazu, möglich. `Aufruf im gleichen Modul möglich `Aufruf im fremden Modul: Mit Private und Public wird der Geltungsbereich von Variablen und Funktionen gesteuert. Da grundsätzlich gilt, diesen Bereich möglichst klein zu halten, um übersichtliche Module zu erhalten, werden im Initialfall (also ohne Verwendung von public oder private) Variablen und Funktionen auf private gesetzt. Erst wenn der Aufruf in einem fremden Modul notwendig wird, sollte public gesetzt werden. Klassenmodule können mit private und public gezielt Methoden und Attribute nach außen sichtbar oder unsichtbar geschalten, was zur Kapslung der Objektorientierung beiträgt.

6 6 Property Eine Variable in einem Modul oder in einer Klasse soll nicht von außen veränderbar sein. Einerseits zur Sicherheit (z.b. Kontostand kann nicht sofort aus dem Programm verändert werden, sondern muss immer über Prüf- und Protokollfunktionen laufen) und andererseits zur Wartbarkeit (es müssen nicht alle Stellen der Variablenmanipulation verändert werden (z.b. bei der DM-Euro Umstellung) sondern nur eine) werden Variablen mit einer Property gesteuert. Der Schreib- und Lesezugriff erfolgt dabei indirekt über zwei Property-Funktionen. Das Beispiel zeigt das Attribut Akt_Umdrehung der Klasse Rad. Auf diese Variable kann nur innerhalb der Klasse zugegriffen werden, da es private ist (keine Bezeichnung). Die Propertyfunktionen Get und Let erlauben nur den indirekten Zugriff und ermöglichen dem Programmierer die Prüfung der Abfrage. Get wird bei der Abfrage (Variable Lesen) aufgerufen, Let beim Schreiben. Bei Let ist im Beispiel eine zusätzliche Prüfung eingebaut, um einen Schwellenwert nicht zu unterschreiten. With (Hilfsmittel) Mit der Funktion With lässt sich viel lästige Schreibarbeit sparen. Im With-Block werden alle mit With aufgerufenen Funktionsteile automatisch zu einem Punkt ergänzt. Im Beispiel wird die Codeausführung ohne und mit With gezeigt. Das Objekt Rad_HintenLinks wird durch das With kompensiert und die Funktionen lassen sich im With-Block nur mit Punkt schreiben.

7 7 Objektorientierte Programmierung Vererbung und Polymorphie Neben dem Aufbau in Klassen und Objekte werden in der objektorientierten Programmierung weitere Konzepte verwendet. Neben dem Verfahren der Kapselung, dessen Grundzüge beschrieben wurden, sind dies die Verfahren Vererbung und Polymorphie. Sie sind jedoch in VBA nicht möglich, aber in VB (Visual Basic). Zunächst sollen sie hier zur Vollständigkeit der Theorie der Objektorientierung vorgestellt werden: Klassen lassen sich in Ober- und Unterklassen unterteilen, bei denen jeweils nur ein Teil der Attribute und Methoden modelliert werden. Die Idee ist, die grundlegenden Eigenschaften in einer Oberklasse (Elternklasse/Basisklasse) zu modellieren und dann spezielle Eigenschaften in Unterklassen zu ergänzen. Z.B. zeigt Abbildung 5 die Vererbung der Klasse Rad. Die Oberklasse ( Eltern ) Rad könnte z.b. Attribute enthalten wie Drehgeschwindigkeit, Breite, Durchmesser und Methoden wie Beschleunigen() oder Bremsen(). Diese Attribute und Methoden stehen automatisch allen Unterklassen ( Kindern ) zur Verfügung. Man spricht hier von Vererbung. Hinzu kommen jetzt bei den Unterklassen weitere Eigenschaften, die für die Spezialisierung notwendig sind. Z.B. beim Rad (Auto) sind der Luftdruck, die Farbe und der Hersteller wichtig. Ein Objekt der Unterklasse enthält Methoden und Attribute der Ober- und Unterklasse. Abbildung 5: Vererbung am Beispiel Rad Eine weitere Vererbung (Mehrfachvererbung) ist wiederum möglich. Diesmal ist die Klasse Rad (Auto) die Elternklasse und z.b. Winterreifen die Kindklasse. Winterreifen erbt also von den Klassen Rad(Auto) und Rad. Winterreifen enthält alle Eigenschaften, die die Klassen Rad, Rad(Auto) und Winterreifen enthalten. Andersherum wird ein Objekt Winterreifen erzeugt und es enthält alle Eigenschaften von Rad (Auto) und Rad, kann es, obwohl es vom Typ Winterreifen ist, seine Elternklassen ersetzen. An einer Stelle wo Objekt vom Typ Rad verwendet wird, kann ein Objekt Winterreifen verwendet werden. Diese Eigenschaft wird Polymorphie genannt. Erben: Kinder erben von Eltern Polymorphie: Kinder können ihre Eltern vertreten

8 8 Allgemeines Termine (Ostern Abreisetag) VBA I VBA II VBA III VBA IV Test VBA VB I Start Hausarbeit Feiertag ? VBII Terminverschiebung ?Allg. Softwareentwicklung Test VB Feiertag ? DB (Datenbanken) Terminverschiebung ? BIM (Building Inf. Model) ? GIS* ? GIS* Ende Hausarbeit ? Wiederholung????? Klausur * GIS-Vorlesung wird durch Herrn Dipl.-Ing. Wilke gegeben. Räume und Uhrzeit: Vorlesung / Übung : Donnerstag: // Raum 215 / Rechnerpool Klausuren 2 * Quicki-Test (15 min) (20%) 1 * Hausarbeit (10h) (30%) 1 * Abschlussklausur (50%) Kontakt Fragen, Informationen, Kritik und Anmerkungen am besten per oder während der Vorlesungen/Übungen: lange.johannes@gmx.de Dieses Skript findet sich in digitaler Form auch unter