Objektorientierte Programmierung

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1 Teil D Objektorientierte Programmierung Kapitel D 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 1 Teil D Grundlagen der objektorientierten Programmierung 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 2

2 Objektorientierung drittes grundlegendes Paradigma der Programmierung (nach funktionaler und imperativer P.): Objektorientierte Programmierung zeitlich deutlich später entstanden als funktionale und imperative P. (erste Ideen in Simula ab Mitte der 1960er Jahre) "Durchbruch" auch in der Programmierpraxis erst Mitte der 1990er Jahre mit C ++ und (vor allem) Java (als "Nebeneffekt" des Internet- Booms) Objektorientierte Sprachen erweitern das Funktionalitätsspektrum imperativer Sprachen ähnlich wie diese Sprachen das der funktionalen Sprachen erweitern. Unterschiede sind vor allem in der Strukturierung von Programmen und in der generellen "Philosophie" des Programmierens zu finden Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 3 Objektorientierte Programmiersprachen: Historischer Überblick Simula I Simula 67 Smalltalk 72 Smalltalk 80 C C Java 1.0 Java 2.0 Nygaard,Dahl (NCC,Oslo, Norwegen) Kay, Ingalls, Goldberg (Xerox Palo Alto, USA) Stroustrup (Bell Labs, USA) Gosling, Joy, Steele (SUN, USA) 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 4

3 "Objektorientierte Ideologie": Ein Beispiel The genesis of the computer revolution was in a machine. The genesis of our programming languages thus tends to look like that machine. But computers are not so much machines as they are mind amplification tools ( bicycles for the mind, as Steve Jobs is fond of saying) and a different kind of expressive medium. As a result, the tools are beginning to look less like machines and more like parts of our minds, and also like other expressive mediums such as writing, painting, sculpture, animation, and filmmaking. Object-oriented programming is part of this movement toward using the computer as an expressive medium. "Thinking in Java", Bruce Eckel (2000) 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 5 Programmieren: Modellieren von Realweltproblemen "Programmieren": Abbilden von Phänomenen der realen Welt auf Strukturen und Prozessen im Rechner Anwendungsgebiet ("Realweltausschnitt"): Ansammlung interagierender, kommunizierender Objekte 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 6

4 Imperatives Programmieren Sichtweise der imperativen Programmierung sequentieller Prozess globaler Zustand stark maschinenorientiertes Denkmodell: Programmstruktur unterscheidet sich deutlich von Strukturen der Anwendung 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 7 Objektorientiertes Programmieren Sichtweise der objektorientierten Programmierung (idealisiert) Realweltobjekte Programmobjekte Programmbausteine modellieren direkt Objekte der Realität Programmablauf als Simulation realer Prozesse 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 8

5 K 2 K 3 Zustand und Verhalten eines Objekts Blick ins "Innere" eines Programmobjekts internes Verhalten des Objekts internes "Programm" des Objekts (Methoden) interner Zustand des Objekts 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 9 Klassen K 1 Gleichartige Objekte werden zu Klassen zusammengefasst. gleichartige interne Struktur gleichartiges Verhalten 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 10

6 Objektidentität K intern: Unterscheidung durch Objektidentifikator (OID) 9 Jedes Objekt hat eine unveränderbare Identität - es unterscheidet sich von allen anderen Objekten der gleichen Klasse und anderer Klassen Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 11 Interaktion eines Objekts mit der Aussenwelt Ein Objekt tauscht mit anderen Objekten in seiner Umgebung Nachrichten aus (externes Verhalten). Empfang von Nachrichten führt zu internen Zustandsänderungen und/oder externen Reaktionen durch Versenden weiterer Nachrichten Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 12

7 Schnittstelle und Kapselung Kapselung: Interner Zustand und detaillierte Implementierung der Methoden ist von aussen nicht sichtbar. Schnittstelle: Nur die nach aussen "freigegebenen"(öffentlichen) Methoden des Objekts ermöglichen Einfluss auf das Objekt von aussen Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 13 Mikroskopische vs. makroskopische Sicht Objektorientiertes Programmieren geschieht damit auf zwei Ebenen: lokal: Implementierung der Methoden und Zustandsänderungen innerhalb der Objekte global: Organisation des Zusammenwirkens vieler Objekte untereinander und ihrer Kommunikation über Botschaften Konsequenz: Mentale Unterscheidung zweier Arten von Zuständen und Prozessen erforderlich "mikroskopische" Zustände einzelner Objekte und deren Veränderungen durch Methodenaufrufe "makroskopische" Zustände des Gesamtsystems und dessen Veränderungen durch Reaktionen der Einzelobjekte auf Empfang von Botschaften anderer Objekte Mikroskopisches Programmieren (lokal) sehr ähnlich wie imperatives Programmieren; globales P. dagegen sehr anders als imperatives P Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 14

8 Programme und Klassen in Java Objektorientierung in der Programmierung: Programme bestehen im wesentlichen aus separaten, im Prinzip "gleichwertigen" Klassendefinitionen Klassendefinitionen bestehen im wesentlichen aus der Deklaration einer Zustandsstruktur einzelner Objekte der Klasse und der Definition von Methoden, die die Objekte der Klasse anwenden können. Entsprechend sind Java-Programme Sammlungen von Klassen. Klassendefinitionen haben die folgende Grundstruktur: class <Klassenname> { <Variablendeklarationen> <Methodendefinitionen> } Zustand Verhalten 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 15 Literaturempfehlung Goll, Weiß, Müller: "Java als erste Programmiersprache" 3. Auflage, 2001, 880 S. (deutlich erweitert: 2. Auflage, 2000, 719 S.) Teubner-Verlag EUR 36 (bisher: DM 48) 2001 Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 16

9 Literaturempfehlung (2) Bruce Eckel: "Thinking in Java" 2. Auflage, Prentice Hall, 2000 frei als PDF-Download im Internet: Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 17 Javas Homepage und zugehörige Literatur Java wird nach wie vor von der Firma SUN in den USA besonders gepflegt und gefördert. Daher gibt es dort auch eine eigene "Java Homepage" mit vielen, nicht nur SUN-spezifischen Folgeseiten und vor allem vielen Dokumenten: Besonders empfehlenswert (und sehr empfohlen zur Ergänzung des Selbststudiums): Das "offizielle" Java-Tutorium: Die offizielle Sprachdefinition: über Prof. Dr. Rainer Manthey Informatik I 18