Vorkurs Informatik WiSe 16/17

Transkript

1 Institut für Programmierung Java Objektorientierte Programmierung Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe, 12 bis Technische Universität Braunschweig, IPS

2 Überblick Warum OOP? OOP mit Java 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 2 Institut für Programmierung

3 Eine kleine Geschichte 1 Spezifikation GUI mit Formen: Quadrat, Kreis Dreieck Klick auf Form: Drehen um 360 im Mittelpunkt Pro Form bestimmte AIF Audiodatei abspielen Zwei Programmierer: Larry und Brad Wer zuerst liefert, bekommt einen neuen Bürostuhl. Larry arbeitet prozedural Brad arbeitet objektorientiert 1 Entnommen aus Head First Java - Second Edition, Kapitel 2

4 Die erste Version Larry überlegt sich: Was muss das Programm machen? rotate und playsound welche auf Formen reagieren rotate(shapenum) { //Rotiere Form um 360 Grad playsound(shapenum) { // Prueft, welche AIF zur Form gehoert // Spiele Datei ab Brad überlegt sich: Welche Dinge tauchen im Programm auf? Formen, welche etwas ausführen rotate und playsound class Triangle { rotate() { //Drehe ein Dreieck playsound() { //Spiele AIF fuer ein Dreieck ab class Circle { rotate() { //Drehe einen Kreis playsound() { //Spiele AIF fuer einen Kreis ab class Square { rotate() { //Drehe ein Rechteck playsound() { //Spiele AIF fuer ein Rechteck ab

5 Aber... Larry wird als erster fertig. Aber es gibt eine Änderung der Spezifikation: Erweiterung der Spezifikation Neue amöbenartige Form HIF Sounddatei für die Amöbe (Bild aus HFJ)

6 Die zweite Version Larray passt die playsound an (+)Schnell (-)Muss getesteten Code ändern! (-)Unübersichtlich playsound(shapenum) { if (/*Form ist keine Amoebe*/) { // Prueft, welche AIF zur Form gehoert // Spiele Datei ab else { //Spiele Amoeben HIF Sounddatei ab Brad erstellt eine neue Klasse (+)Übersichtlich (+)Lokale Änderungen (-)Muss Code kopieren! (-)Langsam class Amoeba { rotate() { //Drehe Amoebe playsound() { //Spiele HIF fuer ein Amoebe ab

7 Der Projektmanager schlägt wieder zu Larry wird wieder als erster fertig. Aber es noch gibt eine Änderung der Spezifikation: Änderung der Spezifikation Die Amöbe soll sich um einen frei wählbaren Punkt drehen (Bild nach HFJ)

8 Die dritte Version Larray muss die Definition ändern. (-)Anpassen jedes Aufrufs vonrotate! (-)Führt schnell zu Fehlern (-)Unübersichtlich rotate(shapenum, xpt, ypt) { if (/*Form ist keine Amoebe*/) { //Rotiere um Box -Mittelpunkt else { //Rotiere um xpt und ypt Brad passt die Klasse an. (+)Lokale Änderungen (+)Übersichtlich (+)Schnell class Amoeba { int xpoint int ypoint rotate() { //Drehe Amoebe um xpoint und ypoint playsound() { //Unveraendert

9 Der Trick mit der Vererbung Verursacht Brads OOP Ansatz doppelten Code zwischen den Methoden? Nicht unbedingt Auslagern gemeinsamer Eigenschaften in übergeordnete Klasse Vererbung Bild aus Head First Java - Second Edition

10 Noch ein Trick: Überschreiben Nun würden aber alle Formen gleich rotieren Die Amöbe würde das Verhalten der Elternklasse erben. Methoden können in Unterklassen geändert werden Überschreiben von Methoden

11 Überblick Warum OOP? OOP mit Java 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 11 Institut für Programmierung

12 OOP Objekte = Verhalten (durch Methoden) + Daten (durch Attribute) Klassen = Baupläne für Objekte Kapselung von Programmteilen Einfacheres Ändern von Programmen Wiederverwendung von Programmteilen 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 12 Institut für Programmierung

13 Klassen in Java ZugriffsBeschraenker class KlassenName { // Attribute // Methoden Eine Klasse mit public-zugriffsbeschränker pro.java-datei 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 13 Institut für Programmierung

14 Attribute in Java Attribute beschreiben die Daten, die jedes Objekt speichert Klasse gibt an, welche Attribute Objekte dieser Klasse haben Jedes Objekt verfügt über eine eigene Kopie dieser Attribute Änderungen an den Attributen eines Objektes wirken sich nur auf dieses Objekt aus Attribute sollen fast immer private sein. Werden fast wie lokale Variablen definiert. ZugriffsBeschraenker class KlassenName { T attributsname; T attributsname = Initialisierungswert. // Methoden

15 Methoden Methoden sind die Aktionen, die mit einem Objekt ausgeführt werden können Statische Methoden kennen wir schon Unterschied zu statischen Methoden: Sie arbeiten auf einzelne Objekte ZugriffsBeschraenker class KlassenName { // Attribute Zugriffsbeschraenker Rueckgabetyp name(t1 Paramter1,...) { // Anweisungen 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 15 Institut für Programmierung

16 Zugriffsbeschränker Zugriffsbeschränker erlauben es, Elemente von Klassen vor dem Zugriff von außen versteckt. Dies erschwert unsachgemäße Verwendung von Objekten und erleichtert Kapselung. Beschränker Klasse Paket Unterklassen Rest public Y Y Y Y protected Y Y Y N keine Angabe Y Y N N private Y N N N Normalerweise reichen public und private. 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 16 Institut für Programmierung

17 Beispiel: Counter public class Counter { private int count; public void increase() { count ++; public int getcount() { return count; public void reset() { count = 0; 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 17 Institut für Programmierung

18 Erzeugen von Objekten Wir können nun selber Klassen erstellen, wie werden diese nun verwendet? new erzeugt neue Objekte auf dem Heap. Syntax: new Klassenname(Konstruktorparameter) new gibt eine Referenz auf das neue Objekt zurück Stack Heap obj, Counter, Counter { count, int, 1 description, String, String {... Counter c = new Counter();

19 null Nullreferenz Variable von Referenztyp zeigt auf nichts Standardwert von Attributen mit Referenzdatentyp Counter c = null; 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 19 Institut für Programmierung

20 Der. Operator Wir können jetzt neue Objekte erzeugen. Wie benutzt man nun ein Objekt? Der.-Operator kann auf eine Referenz angewendet werden, um auf die Attribute und Methoden des referenzierten Objektes zuzugreifen. Voraussetzung ist, dass der Zugriff erlaubt ist (Beschränker) Syntax: referenz.element Counter c = new Counter(); c.increase(); c.increase(); c.reset(); 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 20 Institut für Programmierung

21 Konstruktoren Oft müssen beim Erzeugen von Objekten Attribute initialisiert werden Vom Benutzer der Klasse zu verlangen, dass er die Attribute selber nach dem Erzeugen setzt, kann zu Fehlern führen Konstruktoren sind Methoden, die beim Erzeugen des Objektes aufgerufen werden. Kein Rückgabetyp, Gleicher Name wie Klasse Falls keiner selber definiert: Default Konstruktor ohne Parameter Klassenname() wird automatisch erzeugt Konstruktoren werden nicht vererbt 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 21 Institut für Programmierung

22 Beispiel: Counter public class Counter { private int count; public Counter() { this(1); public Counter( int start) { count = start; public void increase() { count ++; public int getcount() { return count; public void reset() { count = 0;

23 Verdecken von Attributen und this Lokale Variablen und Methodenparameter können Attribute verdecken Zugriff auf lokale Variable anstatt aufs Attribut this ist eine Referenz auf das aktuelle Objekt Kann benutzt werden, um trotz des Verdeckens auf das Attribut zuzugreifen. 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 23 Institut für Programmierung

24 Was Passiert? public class Counter { private int count = 100; public void nichtverdeckt() { System. out. println( count); public void verdeckt() { int count = 0; System. out. println( count); public void verdecktparam( int count) { System. out. println( count); public void verdecktthis() { int count = 0; System. out. println( this. count);

25 static static markiert Elemente von Klassen als statisch Wird normalerweise hinter dem Zugriffsbeschränker angegeben Für statische Attribute existiert nur eine einzige Kopie, die von allen Objektinstanzen dieser Klasse geteilt wird. Statische Methoden können ohne Objektinstanz genutzt werden, dürfen aber auch nur auf statische Elemente der Klasse zugreifen Nicht-statische Attribute existieren ja nur für Objektinstanzen, statische Methodenaufrufe operieren auf keinem Objekt Zugriff mit Klassenname.Element 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 25 Institut für Programmierung

26 Was Passiert? public class Statisch { public int a = 0; public static int b = 1; public static void main( String[] args) { Statisch n1 = new Statisch(); n1.a = 1; Statisch n2 = new Statisch(); n2.a = 2; System. out. println(n1.a); System. out. println(n2.a); n1.b = 5; System. out. println(n1.b); System. out. println(n2.b); System. out. println( Statisch.b);

27 Überladen von Methoden Mehrere Methoden in einer Klasse können den selben Namen haben Müssen sich in der Parameterliste unterscheiden (durch andere Typen, andere Anzahl von Parametern oder beidem) Rückgabetyp wird nicht zur Unterscheidung herangezogen Auswahl der passenden Methode geschieht zur Kompilierzeit 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 27 Institut für Programmierung

28 Was Passiert? public class Overload { public void foo( Object a) { System. out. println(" Das war ein Object"); public void foo( String a) { System. out. println(" Das war ein String"); public static void main( String[] args) { Overload o = new Overload(); Object obj = new String(" Foobar"); o. foo( obj); String str = new String(" Foobar"); o. foo( str);

29 final final vor Attributen und lokalen Variablen verhindert das Ändern derer Werte Für Referenztypen heißt dies: Es kann nicht geändert werden, worauf die Referenz zeigt. Das referenzierte Objekt an sich ist jedoch noch veränderbar. final vor Klassen: Von der Klasse kann nicht geerbt werden final vor Methoden: Kein Überschreiben möglich import java. util.*; public class Fin { public static final String[] strings = new String[1]; public static final int ANSWER = 42; public static void main( String[] args) { System. out. println(l); // Geht nicht, da l final ist // strings = new String [42]; // Das referenzierte Objekt selbst kann geaendert werden strings[1] = " Test"; System. out. println(l);

30 Demo: Geometrie von Imperativ zu OOP Live in der Vorlesung Demo: Geometrie 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 30 Institut für Programmierung

31 Überblick und Ausblick Warum OOP? Vererbung Polymorphie Klassen Attribute Methoden Modifier null Datenstrukturen 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 31 Institut für Programmierung

32 Danke Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 12 bis Dr. Werner Struckmann / Stephan Mielke, Jakob Garbe Seite 32 Institut für Programmierung