Java für Computerlinguisten

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1 Java für Computerlinguisten 2. Objektorientierte Programmierung Christian Scheible Institut für Maschinelle Sprachverarbeitung 28. Juli 2009 Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

2 Heute: 1 Besprechung der Übungen vom Montag 2 Objektorientierte Programmierung Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

3 Objektorientierte Programmierung Grundlagen Klassen Sichtbarkeit Statische Methoden/Attribute Vererbung Schnittstellen Wrapper Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

4 Grundlagen Warum Klassen/Objekte? Anschaulichkeit: Menschen sind mit Objekten vertraut Zusammenfassung von Funktionen und Daten Wiederverwendbarkeit Klasse: Vorlage Objekt: Bisher Klasse war nur Rahmen für unsere Programme Nicht benutzt: Klasse als Vorlage für Objekte Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

5 Grundlagen Aufbau eines Objekts class Regal Color farbe; float hoehe; float breite; float tiefe;... void aufbauen(); void ablegen(object gegenstand, int x, int y) Object herausnehmen(int x, int y);... Attribute (Variablen) Methoden (Funktionen) Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

6 Grundlagen Begriffe in der Objektorientierten Programmierung Abstraktion Kapselung Polymorphie Vererbung Feedback Persistenz Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

7 Grundlagen Abstraktion Wiederverwendbare Vorlagen Objekt: Instanz einer Klasse class Regal Regal braunesregal Regal weissesregal Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

8 Grundlagen Kapselung Daten sind im Objekt enthalten Daten sind von außen nicht zugänglich Objekt bietet Methoden zur Veränderung der Daten Wozu? Interne Variablen, die der Benutzer der Klasse nicht braucht Variablen, die der Benutzer nicht verändern darf Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

9 Grundlagen class Schwein private float gewicht; private float alter;... public void fuettern(); private void wachsen (int laenge);... Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

10 Grundlagen Polymorphie Methoden reagieren verschieden abhängig von Aufruf Klassenzugehörigkeit Feedback Interaktion zwischen Objekten Persistenz Objekt existiert so lange, bis es zerstört wird Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

11 Grundlagen Vererbung Neue Klassen können unter Benutzung alter Klassen definiert werden Die neue Klasse (Tochterklasse) erhält alle Attribute und Methoden der Mutterklasse class Fahrzeug class Moebel class Regal class Sitzmoebel class Stuhl class Bank Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

12 Klassen Attribute class Buch String name; // String author; // Attribute int pubdate; // Attribut: Variable, die dem Objekt zugehört. Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

13 Klassen Methoden class Buch String name; String author; int pubdate; void read() // Eine Methode //... int countpages() // Noch eine Methode //... Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

14 Klassen Instanzen class Buecherei public static void main (String argv[]) Buch buch1 = new Buch(); Buch buch2 = new Buch(); //... buch1.name = "The Catcher in the Rye"; buch1.author = "J. D. Salinger"; buch1.pubdate = 1951; buch1.read(); Punkt (.) für Zugriff auf Inhalt des Objekts Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

15 Klassen Konstruktor Was passiert beim Aufruf von new Buch()? Der Konstruktor liefert ein neues Objekt. class Buch String name; Buch () // Konstruktor ohne Argument Buch (String name) // Konstruktor mit Argument this.name = name; Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

16 Klassen this this: Referenz für das Objekt, in dem wir uns befinden Beispiel: Unterscheidung zwischen Parameter und Objektvariable class Buch String name; void setname (String name) this.name = name; Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

17 Sichtbarkeit Einschränkung des Zugriffs von anderen Klassen aus Kapselung Sichtbarkeitsstufen Öffentlich (public) Privat (private) Paketsichtbar Geschützt (protected) Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

18 Sichtbarkeit Öffentlich public: Auf das Element darf von außen ohne Einschränkung zugegriffen werden. com.ikea.regal public void aufbauen();... BeliebigeAndereKlasse Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

19 Sichtbarkeit Privat private: Auf das Element darf nur aus der selben Klasse zugegriffen werden. X... de.aldi.aushilfe com.ikea.regal private void aufbauen(); X... com.ikea.mitarbeiter Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

20 Sichtbarkeit paketsichtbar Standard: Auf das Element darf nur aus dem selben Paket zugegriffen werden, aber nicht aus anderen Paketen. In der Praxis: Wenn die Klasse im gleichen Verzeichnis liegt. X... de.aldi.aushilfe com.ikea.regal void aufbauen();... com.ikea.mitarbeiter Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

21 Sichtbarkeit Geschützt protected: Auf das Element darf der selben Klasse und davon abgeleiteten Klassen zugegriffen werden. Vererbung Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

22 Sichtbarkeit class Buch private String name; boolean gelesen; public void lesen () gelesen = true; class Bibliothek public static void main (String [] args) Buch buch1 = new Buch(); buch1.lesen(); buch1.gelesen = false; // erlaubt buch1.name = "The Third Policeman"; // nicht erlaubt! --> Compilerfehler Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

23 Statische Attribute class Fahrrad String marke; Fahrrad (String marke) this.marke = marke; Normale Variable Variable gehört zu einem Objekt Jedes Objekt bekommt eine eigene Instanz der Variable Wert der Variablen kann in jedem Objekt unterschiedlich sein Beispiel: String marke; Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

24 Statische Attribute class Fahrrad String marke; static int anzahl_fahrraeder = 0; // statische Variable Fahrrad (String marke) this.marke = marke; anzahl_fahrraeder += 1; Statische Variable Variable gehört zu einer Klasse Jedes Objekt benutzt die selbe Instanz der Klasse Wert der Variablen ist in jedem Objekt gleich Beispiel: static int anzahl_fahrraeder (Instanzzähler) Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

25 Statische Methoden class Fahrrad static boolean equal (Fahrrad f1, Fahrrad f2) //... void fahren () //... Normaler Aufruf: f1.fahren() Methode einem bestimmten Objekt zugeordnet f1, das vorher erstellt worden sein muss Statischer Aufruf: Fahrrad.equal(f1, f2) Methode keinem bestimmten Objekt zugeordnet, sondern der Klasse Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

26 Vererbung Benutze vorhandene Klasse als Grundlage für neue Klassen class Fahrzeug class Moebel class Regal class Sitzmoebel class Stuhl class Bank Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

27 Vererbung Syntax class Tochterklasse extends Mutterklasse Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

28 class Moebel float gewicht; void aufbauen () System.out.println("Wir bauen ein Moebelstueck!"); class Regal extends Moebel // Regal erbt von Moebel float ablagevolumen; Regal (float gewicht, float ablagevolumen) this.gewicht = gewicht; // Variablen von Moebel werden uebernommen this.ablagevolumen = ablagevolumen; void aufbauen () System.out.println("Wir bauen ein Regal!"); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

29 Vererbung Konstruktor Konstruktoren werden nicht mitvererbt Zugriff auf den Konstruktor der Mutterklasse? class Moebel Moebel () System.out.print("Moebel wird gebaut") class Regal extends Moebel // Regal erbt von Moebel Regal () super(); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

30 Vererbung Typhierarchie Object Moebel Schrank Object ist immer die oberste Klasse Standard: Klasse erbt automatisch von Object Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

31 Vererbung Automatische Typanpassung Regal regal1 = new Regal(); Moebel regal2 = new Regal(); Object regal3 = new Regal(); Moebel moebel1 = new Moebel(); Object moebel2 = new Moebel(); Erlaubt: Vom niedrigeren zum höheren Typ Verboten: Vom höheren zum niedrigeren Typ Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

32 Vererbung Typecasting Object regal1 = new Regal(); Moebel regal2 = (Moebel) regal1; Regal regal3 = (Regal) regal1; Moebel regal4 = (Regal) regal1; Typ testen: variable instanceof Typ Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

33 Vererbung Methoden überschreiben Mutterklasse und Tochterklasse haben Methode mit gleicher Signatur: Methode der Tochterklasse überschreibt die der Mutterklasse Einschränkungen Sichtbarkeit muss gleich oder schwächer sein Rückgabetyp kann verschieden sein Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

34 Vererbung class A public String tostring () return "Instanz von Klasse A"; class B extends A public String tostring () return "Instanz von Klasse B"; tostring(): Wird benutzt, wenn System.out.print aufgerufen wird. Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

35 public String tostring () return "Ich bin es." Bedeutung: Die annotierte Methode muss eine andere überschreiben Verhindert Fehler, public String tostring () Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

36 Vererbung Finale Methoden public final String getname () return final: Methode darf von Unterklassen nicht überschrieben werden Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

37 Vererbung Finale Klassen final class Regal extends Moebel //... final: Von dieser Klasse darf man nicht erben Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

38 Vererbung Dynamische Bindung Polymorphie Methoden werden mitvererbt Geerbte Methoden können wir überschreiben Methoden können nicht wieder verloren werden Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

39 Vererbung Dynamische Bindung Regal moebel1 = new Regal(); Moebel moebel2 = new Regal(); moebel1.aufbauen(); moebel2.aufbauen(); Prüfung zur Laufzeit: welche Implementierung von aufbauen() soll benutzt werden Variablen haben die Typen Object und Moebel Benutzt wird die Methode aus Regal Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

40 Abstrakte Klassen Bisher: Wir können von jeder Klasse ein Objekt erstellen. Problem: Manchmal nicht so sinnvoll. Beispiel: Was für ein Objekt erzeugt Moebel? Lösung: Abstrakte Klasse abstract class Moebel Verboten: Moebel moebel1 = new Moebel(); Weiter Erlaubt: Moebel moebel1 = new Regal(); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

41 Abstrakte Klassen abstract class Moebel String name; float gewicht; public abstract void aufbauen (); public void setname(string name) this.name = name; Abstrakte Methode aufbauen(): Unterklasse muss diese Methode implementieren Nicht-abstrakte Methoden dürfen vorkommen (setname()) Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

42 Abstrakte Klassen Umgang mit abstrakten Methoden aus der Oberklasse Implementieren Abstrakt lassen (unsere Klasse ist selbst abstrakt!) Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

43 Interfaces (Schnittstellen) class Eins void x() System.out.println("A") class Zwei void x() System.out.println("B") class EinsZwei extends Eins, Zwei // sehr verboten! Abstrakte Klasse bestimmt Voraussetzungen, die Unterklasse erfüllen muss Idee: Von mehreren Klassen erben, um Voraussetzungen zu verbinden Problem: Welche Methode wird vererbt bei gleicher Signatur? (Oben: Methode x) Mehrfachvererbung verboten! Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

44 Interfaces (Schnittstellen) Lösung: Interfaces interface KaufbarerGegenstand public static int konstante = 0; public void kaufen(); Unterschied zu abstrakten Klassen: Interface darf keine Implementierung enthalten Eine Klasse darf von mehreren Interfaces erben (eigentlich: Eine Klasse darf mehrere Interfaces implementieren) implements statt extends Variablen müssen static und final sein Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

45 abstract class Moebel float gewicht; abstract void aufbauen (); interface Buyable void kaufen(); class Regal extends Moebel implements Buyable void aufbauen () System.out.println("baue Regal..."); public void kaufen() System.out.println("Kaufe Regal zum Preis von" + this.preis); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

46 Generische Klassen Generisch: Bekannt aus Ada? Implementierung der Klasse abhängig vom Typ class Liste<T> public void einfuegen(t wert) //... Liste<Integer> l1 = new Liste<Integer>(); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

47 Arbeiten mit Objekten Getter/Setter Manchmal wollen wir den direkten Zugriff auf Attribute nicht erlauben Kontrollierter Zugriff Methoden für Zugriff Auslesen: get() Schreiben: set() class ComplexNumber private float real, imaginary; public float getreal() return real; public void setreal(float real) this.real = real; Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

48 Arbeiten mit Objekten tostring Identifikation eines Objekts Gibt Namen und Eigenschaften des Objekts aus Gibt nicht unbedingt den kompletten Inhalt aus Rückgabetyp: String, Sichtbarkeit: public class ComplexNumber float real, public String tostring() return getclass().getname() + String.format("[real=%f,imaginary=%f]", real, imaginary); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

49 Arbeiten mit Objekten class ComplexNumber float real, public String tostring() return getclass().getname() + String.format("[real=%f,imaginary=%f]", real, imaginary); Aufruf ComplexNumber c1 = new ComplexNumber(); System.out.println(c1); // geht wegen tostring Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

50 Arbeiten mit Objekten equals Methode stellt Gleichheit mit einem anderen Objekt fest Beispiel: "a".equals("b") Rückgabetyp: boolean, Argumenttyp: Object class ComplexNumber float real, public boolean equals (Object obj) ComplexNumber that = (ComplexNumber) obj; return (this.real == that.real) && (this.imaginary == that.imaginary); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

51 Arbeiten mit Objekten Zuweisung mit = bei Referenztypen erzeugt keine Kopie Andere Methode zur Vervielfältigung nötig Copy-Konstruktor class ComplexNumber float real, imaginary; ComplexNumber (ComplexNumber that) this.real = that.real; this.imaginary == that.imaginary; ComplexNumber a = ComplexNumber(1,3); ComplexNumber b = ComplexNumber(a) Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

52 Arbeiten mit Objekten Garbage Collection Idee: Wir wollen Speicher sparen Daten bleiben so lange im Speicher, bis sie nicht mehr gebraucht werden Problem: Wann werden sie nicht mehr gebraucht? Lösung: Garbage Collector Sucht regelmäßig nach solchen Objekten Methode: Generationeller Zähler Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

53 Arbeiten mit Objekten finalize Garbage Collector löscht überflüssige Objekte Was passiert beim Löschen? finalize Exceptions werden ignoriert, Garbage Collector läuft weiter Objekte mit finalize kosten Zeit! Nicht vergessen: super.finalize() class X public void finalize() super.finalize(); System.out.println("Loesche ein X"); Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

54 Wrapper Wrapper: Klasse, die etwas umschließt (z.b. Objekt, andere Klasse) Ziel: Bestimmte Spezifikationen erfüllen, Methoden Primitive Wrapper: Für die primitiven Datentypen (int, float,...) Dadurch als Objekte verfügbar! Autoboxing/-unboxing: Java konvertiert primitive Variablen zu Objekten, wenn nötig Primitiv byte short int long float double char boolean Wrapper Byte Short Integer Long Float Double Character Boolean Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

55 Wrapper Methoden (Integer) equals() Gleichheit intvalue() Konversion nach int tostring() Konversion nach String parseint() Konversion von String Integer.toString(new Integer(70)); // "70" Integer.parseInt("12345"); // Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56

56 Literatur Sun. JDK 6 Documentation. Sun. The Java Tutorials. C. Ullenboom. Java ist auch eine Insel. Galileo Press, Christian Scheible Java für Computerlinguisten 28. Juli / 56