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Klassen und Objekte

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Laura Lemay „Java in 21 Tagen“

Objektorientierte Programmierung ist fast wie Bier. Die meisten, die das erste Mal ein Glas des malzigen Getränks zu sich nehmen, mögen es nicht und stellen unter Umständen die Zurechnungsfähigkeit derjenigen in Frage, die ein Loblied auf dieses Getränk singen. »Was hab' ich Dir angetan«, fragen sie, »daß Du mich dieses Höllenzeug trinken läßt?« Nach einiger Zeit kann es durchaus sein, daß die, die trotzdem weiter Bier trinken, es schätzen lernen. (Bei manchen wird dieser Zeitraum Studium genannt.) Objektorientierte Programmierung ist, wie Bier, ein Geschmack, an den man sich gewöhnen muß. Es ist zum einen eine der bemerkenswertesten Ideen der Programmierung, die in den letzten Jahren eingeführt wurden, und zum anderen der Quell großer Bestürzung bei den Programmierern, die damit nicht vertraut sind.

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In gewisser Weise ist dieser Ruf gerechtfertigt.Objektorientierte Programmierung, auch OOP genannt, ist ein Fach, das man jahrelang studieren und üben kann. Die Grundidee ist allerdings einfach: Organisieren Sie Ihre Programme auf eine Art, die die Art widerspiegelt, mit der Objekte in der realen Welt organisiert sind.

Erscheinungsjahr 08-1998ISBN-Nummer 3-8272-2030-0Preis DM 79,95

http://www.mut.com/leseecke

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Beispiel : Vorfahrtsregel

Aufgabe: Beschreibung der Situation an einer Kreuzung.– Es kommen in unregelmäßigen Abständen Fahrzeuge an die

Kreuzung.– Es fahren Fahrzeuge ab, die Vorfahrt haben.

• Hauptstraße vor Nebenstraße• rechts vor links

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Modellierung ist relativ einfach.– Warteschlangen in den Straßen werden zufällig gefüllt.

• FIFO-Speicher (First In - First Out)– Abfahren nach Vorfahrtsregeln– Blockierung der Kreuzung durch Fahrzeuge– Zeittaktung– zufällige Einflüsse

• Fahrer reagieren unterschiedlich ==> neue Ebene : Fahrer• Fahrzeugdefekte ==> neue Ebene : Fahrzeugtechnik• Verletzung der Regeln durch manche Fahrer ==> jedes

Fahrzeug verhält sich anders• äußere Einflüsse• Fahrzeuge mit Sondersignal• Wettereinflüsse• u.s.w.

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Probleme

globale Sicht: Wir nehmen den Standpunkt des Beobachters ein und steuern die Szene von oben.

Alle Informationen sind zentral verfügbar, also auch zentral zu verwalten.

Das Programm wird sehr komplex und wenig strukturiert. Beschreibung bleibt trotzdem unvollkommen. Das Programm spiegelt die Realität nur sehr unvollkommen

wieder. In dem Programm sind sehr unterschiedliche Größenordnungen

vorhanden:– global: z.B. Wettereinflüsse– regionale– lokal– bis mikro

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Ausweg

Bildung von klaren Strukturen durch Betrachtung als Objekte Jedes Objekt weiß nur über sich selbst Bescheid.

– Fahrzeug weiß nichts über globale Luftströmungen und deren Einfluß auf das Wetter im Kreuzungsbereich.

– Fahrzeug weiß nichts über den Ladungsträgertransport in den Prozessoren seines Motors.

Objekte können aus Teilobjekten bestehen und können Teilobjekt eines größeren Objektes sein.– Kreuzung besteht aus mehreren Straßen– Auto enthält Motor, Getriebe, Treibstofftank,...

Objekte tauschen Informationen über klar definierte Schnittstellen aus.– Lichtsignale, Hupen– Schalter, Regler, Anschlüsse

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Vorteile

Teilobjekte brauchen nur soweit modelliert zu werden, wie es für die Lösung der Aufgabe erforderlich ist.

Modellierung kann nachträglich verfeinert werden. Teilobjekte können zu verschiedenen Zeiten von verschiedenen

Leuten entwickelt, getestet und modifiziert werden, solange die vereinbarten Schnittstellen eingehalten werden.

Anwendungssicherheit: Nutzer eines Objektes kann nur über die zugelassenen Schnittstellen Einfluß auf das Objekt nehmen.

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Probleme

Jedes Objekt unterscheidet sich von jedem anderen. Jedes Objekt ist neu zu beschreiben. Große Mengen von Programmcode. Großer Testaufwand. Objekte sind gekennzeichnet durch:

– Attribute• Zustände, Eigenschaften, Parameter

– Zugriffsmethoden• Möglichkeiten die Attribute zu verändern

– Kommunikation mit anderen Objekten über Nachrichten.• Möglichkeiten mit anderen Objekten Informationen

auszutauschen

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Ausweg

Viele Objekte haben mehr oder weniger große Gemeinsamkeiten.– Fahrzeuge

• Lastkraftwagen, Personenwagen, Motorräder, Fahrräder– Straßen

• Hauptstraßen, Nebenstraßen Objekte lassen sich klassifizieren. Klassen sind Objekttypen, abstrakte Objekte Ein Objekt ist eine konkrete Realisierungen einer Klasse, eine

Instanz einer Klasse.

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Neue Klassen lassen sich aus schon bekannten Klassen ableiten.– Fahrzeug

• Lastkraftwagen– LKW mit Anhänger– LKW ohne Anhänger

» Koffer» Sattelschlepper

• Personenwagen• Motorräder

– Motorrad– Motorroller– Beiwagenmaschine

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Abgeleitete Klassen– übernehmen Attribute und Methoden von der ursprünglichen

Klasse– fügen neue Attribute und Methoden hinzu– überschreiben Attribute und Methoden– realisieren abstrakte Methoden

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Bruce Eckle - Thinking in JAVA

•Everything is an object.

•A program is an bunch of objects telling each other what to do by sending messages.

•Each object has its own memory made up of other objects.

•Every object has a type.

•All objects of particular type can receive the same messages.

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Klassen-Definition in JAVA

Klassendefinition bestehen aus– Klassenkopf

• Name der Klasse• Kennzeichnung als abstrakte Klasse (abstract)• Kennzeichnung als finale Klasse (final)• Modifizierer (public)• Ableitung von anderen Klassen (extends)• Realisierung von Interfaces (implements)

– Klassenrumpf• Daten (Eigenschaften, Attribute)

• Methoden (Schnittstellen, Prozeduren, Funktionen)

• Konstruktoren (initialisiert ein Objekt der Klasse)

• statische Initialisierer

• interne Klassen

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Klassenkopf

[public] [final] [abstract] class Bezeichner [extends Klasse] [implements Interface,...,Interface]

public : Die Klasse ist für alle anderen Klassen sichtbar und verwendbar. Wenn nicht angegeben, ist die Klasse nur im selben package sichtbar und verwendbar (in C++ friendly).

final: Von der Klasse können keine weiteren Klassen abgeleitet werden.

abstract: Die Klasse enthält nicht vollständig definierte (abstrakte) Methoden. Es können keine Objekte von dieser Klasse erzeugt werden.

final und abstract können nicht gleichzeitig verwendet werden!

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extends: Die Klasse erweitert eine bekannte Klasse. z.B.:– public class Fahrzeug { ..... }– public class Lastkraftwagen extends Fahrzeug {......}

– Lastkraftwagen ist eine Spezialisierung der Klasse Fahrzeug

implements: Die Klasse implementiert ggf. mehrere Schnittestellen (interface)

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Beispiel

class Punkt { ... }

• Die Klasse Punkt beschreibt die Eigenschaften eines allgemeinen Punktes.

class farbigerPunkt extends Punkt { ... }

• Die Klasse farbigerPunkt beschreibt die Eigenschaften eines farbigen Punktes. Er hat zusätzlich zu den Eigenschaften eines Punktes eine Farbe.

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Attribute

public : Daten sind aus allen anderen Klassen heraus lesbar und schreibbar.

private : Daten sind nur in der Klassen lesbar und schreibbar in der sie enthalten sind.

protected : Daten sind lesbar und schreibbar in– Klassen die aus der Klasse abgeleitet wurden– Klassen die zum selben Package gehören

keine Angabe : Daten sind nur in allen Klassen lesbar und schreibbar die zum selben Package gehören.

[Modifizierer] [final] Typ [ []...[] ] name [ = Initialisierer] ;

Modifizierer : public , private, protected

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final : Daten können nie verändert werden und behalten immer den Wert der Initialisierung (Konstanten).

Typ– beliebiger primitiver Datentyp– beliebiger Referenztyp

• Felder• Klassen

[] ... [] : Kennzeichnung für n-dimensionale Felder Initialisierer

– beliebiger Ausdruck– Feldinitialisierer : { Initialisierer, ... , Initialisierer }

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Beispiel

class Punkt{

int x;int y;

}

• x und y sind die Koordinaten des Punktes.

class farbigerPunkt extends Punkt{

float r, g, b; // Farbanteil 0.0 ... 1.0}

• Die Klasse farbigerPunkt beinhaltet zusätzlich zu den Koordinaten die Farbe des Punktes als rot-, grün- und blau-Anteil.

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Zugriff zu den Attributen

Z.B.:

ObjektName.AttributName

Public class Punkt01{public static void main (String[]args){Punkt P1 = new Punkt();farbigerPunkt P2 = new farbigerPunkt();P1.x = 100;P1.y = 200;P2.x = P1.x;P2.y = P1.y;P2.r = 0.0;P2.g = 0.0;P2.b = 0.0;}}

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Methoden

public : Methoden sind aus allen anderen Klassen heraus benutzbar.

private : Methoden sind nur in der Klassen benutzbar in der sie enthalten sind.

protected : Methoden sind benutzbar in– Klassen die aus der Klasse abgeleitet wurden– Klassen die zum selben Package gehören

keine Angabe : Methoden sind nur in allen Klassen benutzbar die zum selben Package gehören.

[Modifizierer] [final] [abstract] Typ Name ( [formaleParameterliste] ) [ []...[] ] [throws Ausnahme,...,Ausnahme] Block

Modifizierer : public , private, protected

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final : Methoden können nie verändert werden. abstract: Von der Methode sind nur die Schnittstellen

(Typ, Name, Parameterliste, ...) definierte, aber nicht der Körper. Damit muß die gesamte Klasse als abstract definiert werden. Von der Klasse können keine Objetkte definiert werden.

Typ : Typ des Wertes den die Methode zurückgibt (return-Anweisung)– beliebiger primitiver Datentyp– beliebiger Referenztyp

• Felder• Klassen

– void wenn die Methode keinen Wert zurückgibt

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[] ... [] : Kennzeichnung für n-dimensionale Felder throws : Liste der Ausnahmen, die in der Methode eintreten

können und nicht behandelt werde, die also nach außen gereicht werden.

formaleParameterliste : Typ Name,...,Typ Name Die Klammern () müssen auch angegeben werden, wenn die

Parameterliste leer ist! Block:

– { Anweisungsfolge } bei nicht-abstrakten Methoden– ; bei abstrakten Methoden

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Beispiel

class Punkt{

private int x;private int y;public void setCoords(int x0, int y0){

x=x0; y=y0;}public int getX (){

return x;}public int getY (){

return y;}

}

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class farbigerPunkt extends Punkt

{

private float r, g, b;

public void setColor (float r0, float g0, float b0)

{

if ( (0.0f<=r0) & (r0<=1.0f) & ... )

{ r=r0; g=g0; b=b0; }

}

public float getR () { return r; }

public float getG () { return g; }

public float getB () { return b; }

}

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public class Punkt02

{

public static void main (String[]args)

{

Punkt P1 = new Punkt();

farbigerPunkt P2 = new farbigerPunkt();

P1.setCoords(100,200);

P2.setCoords(P1.getX(), P1.getY());

P2.setColor(0.0f, 0.0f, 0.0f);

}

}

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Verbesserung

class Color{ private float r; private float g; private float b; public void setColor(float r0, float g0, float b0) { r=r0; g=g0; b=b0; } public float getR () { return r; } public float getG () { return g; } public float getB () { return b; }}

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class Punkt{ ...}

class farbigerPunkt extends Punkt{ private Color color = new Color(); public void setColor(Color c) { color = c; } public Color getColor () { return color; }}

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public class Punkt03{public static void main (String[]args){ Punkt P1 = new Punkt(); P1.setCoords(100, 200);

Color c = new Color(); c.setColor(0f, 0f, 0f);

farbigerPunkt P2 = new farbigerPunkt(); P2.setCoords(P1.getX(), P1.getY()); P2.setColor(c);

Punkt P3 = new Punkt(); P3.setCoords(P2.getX(), P2.getY());

farbigerPunkt P4 = new farbigerPunkt(); P4.setCoords(P3.getX(), P3.getY()); P4.setColor(P2.getColor());}}

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Klassen-Definition in JAVA Klassendefinition bestehen aus

– Klassenkopf• Name der Klasse• Kennzeichnung als abstrakte Klasse (abstract)• Kennzeichnung als finale Klasse (final)• Modifizierer (public)• Ableitung von anderen Klassen (extends)• Realisierung von Interfaces (implements)

– Klassenrumpf• Daten (Eigenschaften, Attribute)• Methoden (Schnittstellen, Prozeduren, Funktionen)• Konstruktoren (initialisiert ein Objekt der Klasse)• statische Initialisierer• interne Klassen

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Überladene Methoden

Methoden können überladen werden, d.h. es gibt innerhalb einer Klasse mehrere Methoden mit gleichem Namen, aber unterschiedlicher Parameterliste, d.h. mit unterschiedlicher Anzahl von Parametern oder unterschiedlichen Typen. Der Typ der Methode spielt für die Unterscheidung der Methoden keine Rolle.

Beim Aufruf einer überladenen Methode wird die Menge aller bekannten Methoden in folgenden Svchritten eingeschränkt:

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• Name der Methode stimmt überein• Anzahl der Parameter stimmt überein• Wenn es genau eine Methode gibt deren Parameter dem Typ nach genau mit dem Aufruf übereinstimmen, so wird diese gewählt. ==> Ende• Die berechneten Parameter können in die entsprechenden Typen der Methoden-Definition umgewandelt werden. • Erfüllt keine Methode diese Bedingungen, ist der Aufruf unzulässig. ==> Ende• Existiert für eine Methode eine andere Methode, sodaß alle Parameter der einen Methode in die Typen der anderen konvertiert werden können, wird die andere gestrichen.• Bleibt genau eine Methode übrig, so wird diese aufgerufen. ==> Ende• Wenn mehrere Methoden übrigbleiben, ist der Aufruf unzulässig. ==> Ende

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Konstruktoren

Modifizierer, formaleParameterliste, throws : wie bei Methoden

Name ist der Name der Klasse kein Typ, auch nicht void ! Wenn kein Konstruktor definiert wird, wird der leere Konstruktor

Name(){} automatisch generiert. Konstruktoren können überladen werden. Konstruktoren werden bei der Erzeugung (Instanziierung) von

Objekten aufgerufen– Name obj = new Name (...);

[Modifizierer] Name ( [formaleParameterliste] ) [throws Ausnahme,...,Ausnahme] Rumpf

Modifizierer : public , private, protected

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Beispielclass Color{ private float r; private float g; private float b; Color() { setColor(0f, 0f, 0f); } Color(float r, float g, float b) { setColor(r, g, b); } public void setColor(float r0, float g0, float b0) { r=r0; g=g0; b=b0; } public float getR (){ return r; } public float getG (){ return g; } public float getB (){ return b; }}

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class Punkt{ private int x; private int y; Punkt() { setCoords(0, 0); } Punkt (int x, int y) { setCoords(x, y); } public void setCoords(int x0, int y0) { x=x0; y=y0; } public int getX (){ return x; } public int getY (){ return y; }}

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class farbigerPunkt extends Punkt{ private Color color = new Color(); farbigerPunkt() { setCoords(0, 0); setColor(0f,0f,0f); } farbigerPunkt(int x, int y) { setCoords(x, y); setColor(0f,0f,0f); } farbigerPunkt(int x, int y, float r, float g, float b) { setCoords(x, y); setColor(r,g,b); }

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farbigerPunkt(int x, int y, Color c) { setCoords(x, y); color=c; }

public void setColor(Color c) { color = c; } public void setColor(float r, float g, float b) { color.setColor(r, g, b); }

public Color getColor () { return color; }}

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public class Punkt04{public static void main (String[]args){ Punkt P1 = new Punkt(100, 200);

Color c = new Color(0f, 0f, 0f);

farbigerPunkt P2 = new farbigerPunkt(P1.getX(),P1.getY(),c);

Punkt P3 = new Punkt(P2.getX(), P2.getY());

farbigerPunkt P4 = new farbigerPunkt(P3.getX(),P3.getY(),P2.getColor());}}

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Das Schlüsselwort this

Mit Hilfe von this kann man sich auf das aktuelle Objekt beziehen.– this: Referenz auf das aktuelle Objekt– this(...): Konstruktor der aktuellen Klasse. Kann in

einem Konstruktor als erste Anweisung aufgerufen werden.– this.name: Zugriff auf überdeckte Attribute.

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Beispiel

class Color{ private float r; private float g; private float b; Color() { this(0f, 0f, 0f); } Color(float r, float g, float b) { setColor(r, g, b); }

public void setColor(float r, float g, float b) { this.r=r; this.g=g; this.b=b; } public float getR () { return r; } public float getG () { return g; } public float getB () { return b; }}

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class Punkt{ private int x; private int y; Punkt() { this(0, 0); } Punkt (int x, int y) { setCoords(x, y); } public void setCoords(int x, int y) { this.x=x; this.y=y; } public int getX () { return x; } public int getY () { return y; } public Punkt mini (Punkt p) { long l = (x*x+y*y); long lp = (p.x*p.x+p.y*p.y); if (lp <= l) return p; return this; }}

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Das Schlüsselwort super

Mit Hilfe des Schlüsselwortes super kann man sich auf die Klasse beziehen aus der die aktuelle Klasse abgeleitet wurde (Superklasse).– super(...): Konstruktor der Superklasse. Kann in einem

Konstruktor als erste Anweisung aufgerufen werden. Wichtig, da Konstruktoren nicht vererbt werden können.

– super.name: Zugriff auf Attribute und Methoden der Superklasse.

Falls in der direkten Superklasse kein passendes Attribut bzw. Methode gefunden wird, wird in deren Superklasse gesucht u.s.w.

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class farbigerPunkt extends Punkt{ private Color color = new Color(); farbigerPunkt() { this(0, 0, 0f,0f,0f); } farbigerPunkt(int x, int y) { this(x, y, 0f,0f,0f); } farbigerPunkt(int x, int y, float r, float g, float b) { super(x, y); setColor(r,g,b); } farbigerPunkt(int x, int y, Color c) { super(x, y); color=c; }...}

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Beispiel

class Color{...

public String toString(){

return "(r,g,b) = ("+r+","+g+","+b+")";}

}

class Punkt{...

public String toString(){

return "(x,y) = ("+x+","+y+")";}

}

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class farbigerPunkt extends Punkt{... farbigerPunkt(int x, int y, Color c) { super(x, y); color=c; } public String toString() {

return super.toString()+" ; "+color.toString(); }}

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Der Operator instanceof

true : Objekt ist eine Instanz von Klasse oder einer direkten oder indirekten Subklasse von Klasse.

false : sonst (obj instanceof Object) ist immer true für jedes Objekt

obj Wichtig: Zuerst die zuletzt abgeleitete Klasse testen!

Objekt instanceof Klasse

Wert : boolean

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Beispiel

public class Punkt08{public static void main (String[]args){...

Object o = new Object();

System.out.println(className(P1)+" P1 : "+P1);System.out.println(className(P2)+" P2 : "+P2);System.out.println(className(P3)+" P3 : "+P3);System.out.println(className(P4)+" P4 : "+P4);System.out.println(className(P5)+" P5 : "+P5);System.out.println(className(o)+" o");

}

public static String className(Object o){

if ( o instanceof farbigerPunkt) return "farbigerPunkt";if ( o instanceof Punkt) return "Punkt";return "Object";

}}

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Die Methode finalize

Die Methode finalize wird aufgerufen, bevor ein Objekt durch Garbage-Collection vernichtet wird.

Dient dem „Aufräumen“ z.B.:– Schließen von Dateien– Setzen von Zählern– Freigabe von Ressourcen, die von in anderen Sprachen (z.B.

C, C++) geschriebenen Programmen angefordert wurden.

[Modifizierer] void finalize () [throws Ausnahme,...,Ausnahme] Rumpf

Modifizierer : public , private, protected

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Statische Komponenten

Alle Programme sind Klassen– Klassen sind nur Definitionen– Wer sagt also was abgearbeitet werden soll?

Es gibt Konstanten und Methoden, die allgemein verfügbar sein sollen und nicht an Objekte gebunden sein sollten. Z.B.:– Mathematische Konstanten: Pi=3.14159...; E=2.781...– Physikalische Konstanten: c300000 km/s– Mathematische Funktionen: sin(x), cos(x), ...

Bestimmte Daten sollten eher an die Klasse als an die Objekte gebunden sein. Z.B. – Zähler wie viele Punkte instanziiert wurden.– Statusanzeiger

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Statische Attribute und Methoden– Modifizierer static,sonst wie andere Attribute und

Methoden, z.B.:– private static int Anzahl = 0;– public static float max(float x, float y){ return x>y?x:y;}

Statische Initialisierer– static{.... Beliebige Anweisungen}

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Statische Attribute und Methoden werden durch Klassenname.Attribut bzw. Klassenname.Methode oder durch Objektname.Attribut bzw. Objektname.Methode aufgerufen.

Alle statischen Komponenten einer Klasse werden abgearbeitet, sobald das erste Mal auf eine statische Komponente der Klasse zugegriffen wird bzw. das erste Objekt der Klasse instanziiert wird.

Nicht-statische Komponenten werden bei der Instaziierung eines Objektes der Klasse abgearbeitet.

Es werden alle statischen Komponenten in der Reihenfolge ihres Auftretens abgearbeitet.

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Statische Komponenten werden nur einmal eingerichtet, unabhängig von der Anzahl der Objekte die von dieser Klasse instanziiert werden.

In statischen Komponenten können nur andere statische Komponenten verwendet werden.

this ist nicht verfügbar.

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Klasse

Abarbeiten derstatic-Anweisungen

Statische Komponente nutzen

Abarbeiten derstatic-Anweisungen

Objekt instanziieren

Abarbeiten der nicht-staticAnweisungen

Objekt instanziieren

Konstruktor abarbeiten

Objekt instanziieren

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Klasse

StatischeKomponenten

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

Nicht-statische

Komponentenje

Objekt

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Beispiel

class Punkt{ static protected int Anzahl=0; public static int getAnzahl() { return Anzahl; } Punkt (int x, int y) { setCoords(x, y); Anzahl++; } public void finalize() { Anzahl--; }...

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Innere Klassen

Strukturierungsmittel Möglichkeit Sichtbarkeiten zu beeinflussen besondere Möglichkeiten bei der Vererbung