Objektorientierte Programmierung. Objektorientierte Programmierung. Klasse. Objekt. Beispiel: Sportfest1. Methode. Eine Einführung mit BlueJ

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1 Objektorientierte Programmierung Objektorientierte Programmierung Eine Einführung mit BlueJ stellt die Daten, ihre Struktur und ihre Beziehungen zueinander in den Vordergrund. Weniger im Blickpunkt: die Art der Verarbeitung, das Prozedurale, die Algorithmik. Dipl. Inf. Sigrid Weil 1 Kernthemen: Objekte, Klassen und Methoden Beziehungen zwischen Objekten und Klassen Kommunikation (Nachrichtenaustausch) zwischen Objekten 2 Objekt Klasse ist ein Modell für ein Objekt der realen Welt hat einen Zustand, der durch Attribute beschrieben wird hat ein Verhalten, das durch Methoden beschrieben wird. Attribute beschreiben somit die Eigenschaften eines Objekts. Methoden beschreiben die Reaktion eines Objektes auf Nachrichten. dient der Kategorisierung von Objekten beschreibt alle Objekte mit gleichartigen Attributen und Methoden. Ein Objekt ist ein einzelnes Exemplar (eine Instanz ) einer Klasse. Eine Klasse ist eine Art Bauplan für Objekte. 3 4 Methode beschreibt die Reaktion eines Objektes auf eine Nachricht dient der Kommunikation mit anderen Objekten (auch anderer Klassen) regelt den Zugriff auf die Attribute eines Objektes Methoden können (Eingabe-)Parameter und Rückgabewert haben Beispiel: Sportfest1 Die Teilnehmer eines Sportfestes sollen als Objekte modelliert werden. Teilnehmer sind gekennzeichnet durch Name Geburtsjahr Startnummer erreichte Punkte in den einzelnen Wettbewerben Mögliche Aktionen sollen sein Punkte für eine Disziplin eintragen Gesamtsumme der erreichten Punkte berechnen 5 6

2 Beispiel 1 als Klassendiagramm String int int int[ ] Teilnehmer name geburtsjahr startnummer punkte void punkteeintragen ( int wettbewerbsnummer, int erreichtepunktzahl) int summe ( ) 7 Klassendefinition public class Klassenname { // Definition der Attribute // Definition der Methoden Das Schlüsselwort class leitet die Definition einer Klasse ein. Das Schlüsselwort public regelt Zugriffsrechte. Der Klassenname ist frei wählbar. Innerhalb der geschweiften Klammern werden Attribute und Methoden (in beliebiger Reihenfolge) definiert. 8 Definition der Attribute Datentyp name; Die Definiton von Attributen sieht wie eine Variablendeklaration aus: Es wird der Datentyp des Attributs angegeben, dann der Name. Die Definition wird mit einem Semikolon abgeschlossen. Der Attributname ist frei wählbar. Als Typ kommen die elementaren Datentypen (int, double, char, boolean,...) in Frage, aber auch selbstdefinierte Klassen oder arrays (Felder). 9 Definition der Methoden Rückgabetyp methodenname (Parameterliste){ // Definition lokaler Variablen // Anweisungen Eine Methodendefinition besteht aus Kopf und Rumpf: Im Methodenkopf werden der Name der Methode, eine Liste der Eingabeparameter (in runden Klammern) und der Datentyp des Rückgabewertes angegeben. Im Methodenrumpf (eingeschlossen von geschweiften Klammern) werden lokale Variablen definiert und Anweisungen gegeben. 10 Methodenkopf Methodenrumpf Die Parameterliste ist eine Aufzählung von formalen Parametern mit ihren Typen. Die Parameterliste kann auch leer sein (, die runden Klammern müssen dann trotzdem geschrieben werden)! Die Parameter können elementare Typen, Klassen oder arrays als Typ haben. Der Rückgabetyp kann ein einfacher Datentyp oder eine Klasse sein oder leer (void) sein. Lokale Variablen werden (wie Attribute einer Klasse) durch Angabe des Typs und des Namens definiert. Als Typen sind alle elementaren Typen, Klassen und arrays möglich. Anweisungen sind Wertzuweisungen oder Methodenaufrufe oder durch Sequenz, Verzweigung oder Schleifen aus solchen zusammengesetzt

3 Aufgabenblatt 1 Beispiel 1 als Java-Code Entwurf einer Java-Klasse BlueJ erstes Projekt BlueJ Objekte erzeugen BlueJ Objekt betrachten und verändern Datei mit dem Editor erstellen und unter Teilnehmer.java speichern Beispiel 1 in BlueJ Erzeugung von Objekten mit BlueJ Das BlueJ-Fenster zeigt alle Klassen, die zu einem Projekt gehören und (später) ihre Abhängigkeiten. Ein Rechts-Mausklick auf das Klassensymbol öffnet ein Fenster, in dem der Operator new ausgewählt werden kann Erzeugung von Objekten mit BlueJ Hier wurden zwei Objekte mit den Variablen -namen anna bzw. otto erzeugt. Zustand eines Objektes Rechtsklick auf ein Objekt öffnet ein Fenster, in dem u.a. der BlueJ-Inspektor aufgerufen werden kann. Er zeigt den Zustand des Objektes, also die aktuelle Belegung der Attributvariablen. Wir sehen: alle Attribute sind mit der 0 des jeweiligen Datentyps vorbelegt

4 Methodenaufruf in BlueJ Beispiel nach dem Eintragen von Punkten für den 1. und den 3. Wettbewerb In demselben Fenster (geöffnet durch Rechtsklick auf das Objektsymbol) können auch die Methoden aufgerufen werden, die für das Objekt definiert sind. Wir tragen für die erste Disziplin die Punktzahl 12 ein: Aufruf der Methode summe (für das Objekt otto) Noch einmal: Zustand eines Objektes 21 Wir sehen: alle Attribute sind mit der 0 des jeweiligen Datentyps vorbelegt. Die Belegung des arrays punkte können wir durch die Methode punkteeintragen ändern. Wie können wir die Attribute name, geburtsjahr und startnummer mit sinnvollen Werten belegen? 22 Wie kann ich Attribute mit Werten belegen? Belegung von Attributwerten durch Methoden durch Methoden beim Erzeugen des Objektes ( durch direkte Wertzuweisung ) Ein Beispiel hierfür kennen wir schon: die Methode punkteeintragen(int nr, int n). Wir können solche Methoden auch für die Attribute name, geburtsjahr und startnummer schreiben: 23 24

5 Beispiel: Sportfest2 Wir erweitern die Klasse Teilnehmer um drei Methoden : public void nameaendern (String neuername){ name = neuername; public void gebjaendern (int neuesgebj){ geburtsjahr = neuesgebj; Beispiel: Sportfest2 Damit sind jetzt folgende Aufrufe möglich: Teilnehmer anna = new Teilnehmer(); anna.nameaendern("anna Anders"); anna.gebjaendern(1992); anna.startnummeraendern(1); public void startnummeraendern (int neuenummer){ startnummer = neuenummer; 25 Bemerkung: Werte von Strings müssen immer (auch bei der Eingabe über das BlueJ-Fenster) in "Gänsefüßchen" eingeschlossen werden. 26 Noch einmal: Zustand eines Objektes Belegen von Attributwerten bei der Erzeugung des Objektes Danach sehen die Attributwerte so aus: Achtung! Durch die Methode nameaendern wird die Belegung des Attributs name geändert. Der Variablenname selber (anna) bleibt davon unberührt. Bei der Erzeugung eines Objektes mit dem new- Operator wird eine spezielle Methode, der sog. Konstruktor aufgerufen. Wenn der Programmierer keinen Konstruktor angegeben hat, wird automatisch ein Standard- Konstruktor angelegt. Durch explizite Angabe eines Konstruktors können wir Einfluß darauf nehmen, was bei der Erzeugung eines Objektes geschieht Konstruktor public Klassenname(Parameterliste){ // Anweisungen Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode. Der Name des Konstruktors ist identisch mit dem Klassennamen. Die Angabe des Rückgabetyps entfällt. (Es wird immer ein Objekt der Klasse erzeugt und ein Verweis darauf zurückgegeben.) Im Methodenrumpf können beliebige Anweisungen stehen. Dem Konstruktor können Parameter übergeben werden. 29 Standardkonstruktor public Klassenname(){ // keine Anweisungen Wird vom Programmierer kein Konstruktor angegeben, so wird von Java der Standardkonstruktor verwendet. Er enthält keine Eingabeparameter und keine Anweisungen. 30

6 Konstruktor für die Klasse Teilnehmer Wir wollen erreichen, dass die Werte für die Attribute name, geburtsjahr und startnummer gleich bei der Erzeugung eines Objektes belegt werden. Der Name und das Geburtsjahr des Teilnehmers/der Teilnehmerin sollen als Parameter übergeben werden. Die Startnummer soll den default-wert 1 erhalten. Aufruf eines Konstruktors Der Aufruf eines von uns selbst definierten Konstruktors sieht genauso aus wie ein normaler Methodenaufruf. Durch Rechtsklick auf das Objektsymbol kann man den Konstruktor auswählen und Werte für die Parameter eingeben. public Teilnehmer(String teilnehmername, int gebjahr){ name = teilnehmername; geburtsjahr = gebjahr; startnummer = 1; Beispiel 2: Nach Aufruf des Konstruktors Überladen von Methoden/Konstruktoren Was ist, wenn wir auf den Standard-Konstruktor nicht verzichten wollen, sondern unseren eigenen nur zusätzlich als weitere Möglichkeit anbieten wollen? Kein Problem! Aufgabenblatt 2 Methoden können gleich heißen, wenn sie sich in der Parameterstruktur unterscheiden (Anzahl oder Typen der Parameter). Beim Aufruf ist dann durch die Angabe der Parameter klar, welche Variante der Methode ausgeführt wird. Set-Methoden einfügen 2 Konstruktoren definieren Objekte mit Konstruktor erzeugen Das gilt genauso für Konstruktoren

7 Die Startnummer soll nun automatisch vergeben werden. Der erste Teilnehmer erhält die Nummer 1, alle folgenden jeweils die nächste Zahl. Dazu muss braucht man eine Variable, die sagt, wieviele Teilnehmer sich schon angemeldet haben. Die Anzahl der erzeugten Objekte ist eine Klasseneigenschaft! 37 Beispiel: Sportfest3 Wir wollen mitzählen, wieviele Teilnehmer sich angemeldet haben. Dazu fügen wir in der Klassendefinition die Deklaration einer Klassenvariablen anzahlteilnehmer ein, die wir mit 0 initialisieren. public class Teilnehmer { static int anzahlteilnehmer = 0; // weiter wie bisher: String name; int geburtsjahr; // Klassenvariable Klassenvariable existieren nur einmal! anzahlteilnehmer 0 stellen Eigenschaften einer Klasse, nicht eines einzelnen Objektes dar existieren nur einmal pro Klasse sind unabhängig von einzelnen Objekten werden definiert, indem bei der Deklaration das Schlüsselwort static vorangestellt wird 39 otto anna name geburtsjahr startnummer 0 0 punkte name geburtsjahr startnummer 0 0 punkte Beispiel: Sportfest3 Zum Mitzählen muss diese Variable bei jedem Erzeugen eines neuen Teilnehmers (also bei jedem Aufruf des Konstruktors) um 1 erhöht werden. Wir können diese Variable nun dazu benutzen, die Startnummern automatisch zu vergeben: public Teilnehmer(String teilnehmername, int gebjahr){ anzahlteilnehmer = anzahlteilnehmer + 1; name = teilnehmername; geburtsjahr = gebjahr; startnummer = anzahlteilnehmer; Klassenmethoden stehen der Klasse als Ganzem zur Verfügung existieren nur einmal pro Klasse sind unabhängig von einzelnen Objekten werden definiert, indem bei der Deklaration das Schlüsselwort static vorangestellt wird können ausgeführt werden, ohne dass ein Objekt der Klasse erzeugt wurde 41 42

8 Beispiel: Sportfest3 Wir wünschen uns eine Methode, die den aktuellen Anmeldestand ausgibt. Die Methode benötigt keine Eingabeparameter, liefert keinen Wert zurück und soll zeigeanmeldestand heißen. public static void zeigeanmeldestand(){ System.out.println ("Zur Zeit sind " + anzahlteilnehmer + " Teilnehmer angemeldet."); Zugriff auf Klassenvariable Innerhalb der Klasse genügt die Angabe des Variablennamens. Bei einem Zugriff aus einer anderen Klasse heraus ist der Klassenname und ein Punkt voranzustellen. Beispiel: Teilnehmer.anzahlTeilnehmer =... (Für Methoden analog) Probleme? Es gibt viele Objekte Jedes dieser Objekte hat ein Attribut "startnummer" Dieses Attribut hat bei jedem Objekt einen anderen Wert Wie wird zwischen diesen verschiedenen "Variablen" unterschieden? Zugriff auf Objektattribute von innen Innerhalb von Instanzmethoden (das sind Methoden, die wie alle, die wir bisher kennengelernt haben, an ein Objekt gebunden sind,) kann auf Attribute einfach durch Nennung des Variablennamens zugegriffen werden: geburtsjahr =...; System.out.println(name); Zugriff auf Objektattribute von außen Der Zugriff (von außerhalb) auf eine Attributsvariable eines Objektes erfolgt durch Nennung des Objektnamens, gefolgt von einem Punkt und dem Namen der Attributsvariablen. Bsp.: anna.geburtsjahr = 1992; System.out.println(anna.name); 47 Zugriff "von innen" mit this Um den Bezug zum Objekt bewußt herzustellen oder um Namenskonflikte mit anderen Größen zu vermeiden, kann auf das eigene Objekt mit dem Schlüsselwort this Bezug genommen werden. Wir hätten in allen unseren Methoden schreiben können: this.geburtsjahr =...; System.out.println(this.name); Andere Größen können sein: lokale Variablen oder Parameter. 48

9 Sportfest3 Aufgabenblatt 3 Klassenvariable für die Anzahl der Teilnehmer einfügen Konstruktor anpassen zum richtigen Mitzählen und automatischen Erzeugen der Startnummer Klassenmethode zum Anzeigen des Anmeldestands definieren Umgang mit mehreren Klassen Wir wollen auch Wettbewerbe modellieren. Dazu wird eine Klasse Wettbewerb definiert: Attribute: Beschreibung (String) maximale Teilnehmerzahl (int) Anzahl der angemeldeten Teilnehmer (int) Liste der angemeldeten Teilnehmer (array) Methoden: einen Teilnehmer in die Teilnehmerliste eintragen überprüfen, ob es noch freie Plätze gibt Die Klasse "Wettbewerb" Beschreibung: Maximale Teilnehmerzahl: Teilnehmer: : : Beispiel Sportfest4: Wettbewerb Korrespondenzen zwischen Klassen Die Klasse Wettbewerb benutzt die Klasse Teilnehmer wie einen Datentyp. Aber auch umgekehrt kann nun die Klasse Teilnehmer auf die Klasse Wettbewerb Bezug nehmen: Teilnehmer können sich für Wettbewerbe anmelden (Aufruf einer Methode der Klasse Wettbewerb) für jeden Teilnehmer soll vermerkt werden, für welchen Wettbewerb er angemeldet ist (array mit Basistyp Wettbewerb) 53 54

10 Datenblatt der Klasse Teilnehmer: Beispiel Sportfest4: Teilnehmer Es wird ein Feld gemeldet vom Typ Wettbewerb als Attribut eingefügt. name geburtsjahr startnummer Anna 1992 Wir müssen ein Attribut anzahlgemeldet einfügen, das mitzählt, für wieviele Wettbewerbe ein Teilnehmer angemeldet ist. gemeldet punkte Laufen Springen Beispiel Sportfest4 in BlueJ: Die gegenseitige Abhängigkeit der Klassen wird durch Pfeile angezeigt. 57 Teilnehmer melden sich zu Wettbewerben an Eine Methode, die es einem Teilnehmer ermöglicht, sich zu einem Wettbewerb anzumelden, muss prüfen, ob der Teilnehmer sich nicht schon für die maximale Anzahl an Wettbewerben angemeldet hat, prüfen, ob im gewünschten Wettbewerb noch Startplätze frei sind, den Wettbewerb im array gemeldet des Teilnehmers eintragen, den Teilnehmer in die Starterliste starter des Wettbewerbs eintragen. 58 Beispiel Sportfest4: Die Methode anmelden der Klasse teilnehmer Für Teilnehmer werden Punkte eingetragen An die Methode punkteeintragen soll nun nicht mehr die Nummer des Wettbewerbs, sondern eine Referenz auf den Wettbewerb selbst übergeben werden. Um die richtige Position im array punkte zu finden, muss der übergebene Parameter mit den Einträgen im array gemeldet verglichen werden

11 Beispiel Sportfest4: Die Methode punkteeintragen der Klasse teilnehmer Aufgabenblatt 4 Klasse Wettbewerb definieren Klasse Teilnehmer anpassen (*) Methode einfügen, die den aktuell führenden Teilnehmer eines Wettbewerbs ermittelt (**) Methode einfügen, die den Teilnehmer mit der insgesamt höchsten Punktsumme ermittelt Ausblick Ober- und Unter -Klassen Vererbung Polymorphie... Viel Spaß noch mit Java! 63