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Name: Patrick Förster

Programmieren in Java Einführung in die Objektorientierung Klassen


Prozeduale Programmierung

• Bisher: Klassische prozeduale Programmierung • Java ist allerdings eine objektorientierte Sprache • Rein prozeduale Programmierung daher umständlich:

• Umschließende Klasse ohne logischen Zusammenhang

• Keine Möglichkeit der logischen Zusammenfassung von Methoden

• Beides könnte aufgelöst werden, in dem Klassen als „statische Module“ genutzt werden

• Was allerdings das Konzept einer Klasse durchbricht Daher prozeduale Programmierung in Java nicht erstrebenswert

2 Programmieren in Java


Objekt-orientierte Programmierung

• Wir denken in Objekten • Jeder Gegenstand, jedes Lebewesen hat bestimmte Eigenschaften • Jeder Gegenstand, jedes Lebewesen hat bestimmte Fähigkeiten • Jeder Gegenstand, jedes Lebewesen hat einen bestimmten Nutzen

• Objekt-orientierte Programmierung:

• Programmatische Problemstellung auf ein natürliches Konzept reduzieren

• Schwierigkeiten:

• Wie identifiziert man Objekte in einem Problem

• Einfacher, wenn die Problemstellung „reale“ Gegenstände enthält, aber wie ist bspw. der OO-Ansatz im „Heap“-Projekt?

• Wie stehen Objekte in Verbindung

• „Wer macht was“



• Computer Hardware

• Die Hardware soll als Software, also als Programm abgebildet werden • Der Computer selbst ist schnell als Objekt identifiziert

Beispiel

• Dell:

• 4 GHz AMD Quad-Core

• 8 GB DDR3 SDRAM

• 1500 GB Festplatte

• DVD + Brenner

• 2 x USB 2.0

• Creative Sound Blaster Z

• Radeon HD 7480

• Windows 8


• iMac:

• 2.9 GHz Intel Core i5

• 8 GB DDR3 SDRAM

• 1000 GB Festplatte

• 3 x USB 2.0

• 2 x Thunderbolt

• Onboard Soundkarte

• NVIDIA GeForce GT 750M80

• OS X Yosemite1


Beispiel


Dell

Prozessor: 4 GHz AMD Quad Core

RAM: 8 GB DDR3 SDRAM

Festplatte: 1500 GB

Opt. Laufwerk: DVD + Brenner

Anschlüsse: 2 x USB

Soundkarte: Creative Sound Blaster Z

Grafikarte: Radeon HD 7480

Betriebssystem: Windows 8

iMac

Prozessor: 2.9 GHz Intel Core i5

RAM: 8 GB DDR3 SDRAM

Festplatte: 1000 GB

Opt. Laufwerk: -

Anschlüsse : 3xUSB 2.0, 2xThunderbolt

Soundkarte: Onboard

Grafikkarte: NVIDIA GeForce GT 750M

Betriebssystem: OS X Yosemite

Computer

Prozessor

RAM

Festplatte

Opt. Laufwerk

Anschlüsse

Soundkarte

Grafikarte

Betriebssystem

INSTANZ

KLASSE


Klassen

• In der Objektorientierung dienen Klassen als Blaupause für Objekte • Eine Klasse beschreibt

• die Eigenschaften eines Objektes

• die Fähigkeiten eines Objektes

• Ein konkretes Objekt wird als Instanz einer Klasse bezeichnet

• Die Instanz legt die konkreten Werte der Eigenschaften fest • Auf Basis dieser Werte unterscheiden sich die Fähigkeiten der Instanz • Jede Instanz hat ihr eigenes Set an Werten und nur die eigenen Werte können geändert werden

• Man kann demnach sagen:

• Jede Instanz ist zusammengesetzt aus Werten für die einzelnen Eigenschaften

• Damit ist jede Klasse eine zusammengesetzter Datentyp



Definition einer Klasse in Java

• Die Datei in der die Klasse definiert wird, muss BEZEICHNER.java heißen • Die Modifikatoren sind optional, vorerst aber immer: public • public: Jeder darf Instanzen dieser Klasse erzeugen


MODIFIKATOREN class {

}

BEZEICHNER

MODIFIKATOREN - | public | final

optional

…

public class BEZEICHNER {

…

}


Objekt-Variablen

• Jede Klasse definiert einen neuen zusammengesetzten Datentyp • Daher müssen Werte (Instanzen) dieses Datentyps mit new erzeugt werden

• Instanzen sind damit immer auf dem Heap abgelegt • Default-Erzeugung einer Instanz:

• Natürlich können Variablen (Pointer) auf Basis einer Klasse definiert werden

• Es bleibt:

• Die Variable kann nur Werte aufnehmen, die vom Typ der Definition sind

• Die Variable myComputer muss daher immer auf eine Instanz der Klasse Computer verweisen (oder auf null)


new KLASSENBEZEICHNER ( )

new Computer()

new KLASSENBEZEICHNER ( ) KLASSENBEZEICHNER BEZEICHNER

Computer myComputer = new Computer();


Objekt-Attribute

• Im Eingangsbeispiel wurde von den konkreten Beschreibungen auf die Klasse Computer geschlossen • Eine Eigenschaft ist eine Variable, deren Scope die Klasse ist:

• Die Eigenschaften müssen also noch auf „passende“ Typen gemappt werden


Computer

Prozessor

RAM

Festplatte

Opt. Laufwerk

Anschlüsse

Soundkarte

Grafikarte

Betriebssystem

public class Computer {

String system;

…

}

DATENTYP BEZEICHNER ;

public { BEZEICHNER

}

…

class

Computer

Prozessor: String

RAM: int

Festplatte: int

Opt. Laufwerk: String

Anschlüsse: String[]

Soundkarte: String

Grafikarte: String

Betriebssystem: String


Objekt-Attribute (II)

• Der Zugriff auf ein Objekt-Attribut erfolgt immer über eine Variable • Wie bereist gesehen, sind Instanzen immer „Heap-Werte“ • Ein Attribut ist dabei ein Wert an einer bestimmten Stelle im Speicherbereich der Instanz, die über den Attributnamen zugreifbar ist • Analog: Zugriff auf ein bestimmtes Array-Element über seinen Index • Der Zugriff muss also per Dereferenzierung erfolgen

• Ein Zugriff auf currentSystem würde zu null auswerten

• Das Objekt-Attribut wurde bisher nur definiert, aber nie initialisiert • Eine Initialisierung kann bereits bei der Definition erfolgen

• Jede Instanz hat damit als Defaultwert für system den Wert "Windows 8"!



String system;

}


String currentSystem = myComputer.system;


String system = "Windows 8";

}

Computer pc = new Computer();

Computer iMac = new Computer();

pc.system.equals(iMac.system) true


• Der Modifikator static:

• Mit: zur Klasse gehörig

• Ohne: zur Instanz gehörig Kein static bei Objekt-Methoden

• Die Methode kann nur per Deferenzierung einer Instanz aufgerufen werden

• Der Modifikator public:

• Jeder darf die Methode aufrufen Vorerst jede Methode public

Objekt-Methoden


optional

public { RÜCKGABETYP ( )

}

SATZ; | BLOCK

DATENTYP BEZEICHNER PARAM-

BEZEICHNER

, …

return AUSDRUCK ;

optional


public void doSomething() {…}

}


pc.doSomething();


Das Schlüsselwort: static

• Angenommen man würde die Methode doSomething mit static definieren:

• Die IDE (oder genauer: der Compiler) wird sofort monieren:

• Eine statische Methode hat keinen Zugriff auf Objekt-Attribute • Sie gehört “zur Klasse” nicht aber zur Instanz • Der Zugriff erfolgt daher auch direkt über die Klasse:

• Die main-Methode ist daher static (wer sollte die nötige Instanz erzeugen?)




public static void doSomething() {

System.out.println("I like: " + system);

}

}

non-static variable “system” cannot be referenced from a static context

Computer.doSomething();


Das Schlüsselwort: this

• Objekt-Attribute können innerhalb einer Methode überdeckt werden

• Der Zugriff auf ein Attribut erfolgt immer über seine Instanz • Dies ist auch innerhalb eines Objektes der Fall, allerdings implizit • Der Compiler überprüft zuerst, ob eine Variable lokal definiert wurde • Falls nicht, überprüft er ob ein „passendes“ Objekt-Attribut existiert • Falls ja, wird implizit der Variablenaufruf um das Schlüsselwort this ergänzt • this ist ein spezieller Pointer, der immer auf die aktuelle Instanz verweist • Besser ist es den Zugriff auf Attribute immer explizit mit this zu schützen




public void doSomething() {

String system = "Linux";

System.out.println(" I like: " + system);

}

}


pc.doSomething();

"I like: Linux";

public void doSomething() {

String system = "Linux";

System.out.println("Booting: " + this.system);

}


pc.doSomething();

"I like: Windows 8";


• Meist ist eine enge Kapselung von Attribut und Instanz erstrebenswert:

• Attribute sollten nur durch die zugehörige Instanz geändert/gelesen werden • Bislang ist ein Attribut allerdings auch von außen änder- bzw. lesbar • Der Modifikator private definiert, dass ein Attribut nur noch von der eigenen

Instanz geändert bzw. gelesen werden kann

• Der Zugriff und das Ändern erfolgt dann über zwei Methoden:

• set/get + uppercase(A) + ttributename

• Setter: Setzten eines neuen Wertes

• Getter: Lesen des Attributes

Attribut-Kapselung



int ram;

public void setRam(int ram) {

this.ram = ram;

}

public int getRam() {

return this.ram;

}

}


private int ram;

}


int currentRam = myComputer.ram;


Warum?

• Das Attribut gehört zur Instanz, also soll auch die Instanz die Kontrolle haben • Kapselung macht ein Attribut resistent vor

• invaliden Werten: Die Instanz kann vor dem Setzen über den Setter den Wert validieren und ggfs. „ablehnen“

• Änderung der internen Repräsentation

• Definierter Datentyp stellt sich intern als ungeeignet dar

• Änderung möglich, das Attribut gekapselt

• Getter/Setter-Typ bleibt allerdings beim „alten“ Typ



private int ram;

public void setRam(int ram) {

if (ram < 4 || ram > 16) {

return ;

}

this.ram = ram;

}

}


Die Computer-Klasse


Computer

Prozessor: String

RAM: int

Betriebssystem: String

Festplatte: int

Opt. Laufwerk: String

Anschlüsse: String[]

Soundkarte: String

Grafikarte: String


private String processor;

private int ram;

private String system;

private int hd;

private String device;

private String[] connectors;

private String soundcard;

private String gfxCard;

public void setProcessor(String processor) …

public int getProcessor () …

public void setRam(int ram) …

public int getRam() …

…

public void setConnectors(String[] connectors) …

public int getConnectors() …

…

public void setGfxCard(String gfxCard) …

public int getGfxCard () …

}


Die Computer-Klasse

• Nun da die Attribute der Computer-Klasse identifiziert, typisiert und implementiert wurden, können die konkreten Instanzen erstellt werden:

• Die Instanziierung erfolgt in der main-Methode • Für die main-Methode sollte eine neue Klasse erstellt werden • Diese sollte lediglich die main-Methode enthalten


Computer dell = new Computer();

dell.setProcessor("4 GHz AMD Quad Core");

dell.setRam(8);

dell.setHd(1500);

dell.setDevice("DVD + Brenner");

dell.setSoundcard("Creative Sound Blaster Z");

dell.setGfxCard("Radeon HD 7480");

dell.setSystem("Windows 8");

dell.setConnectors(new String[]{"USB", "USB"});

Computer iMac = new Computer();

iMac.setProcessor("2.9 GHz Intel Core i5");

iMac.setRam(8);

iMac.setHd(1000);

iMac.setDevice(null);

iMac.setSoundcard("Onboard");

iMac.setGfxCard("NVIDIA GeForce GT 750M");

iMac.setSystem("OS X Yosemite");

iMac.setConnectors(

new String[]{

"USB", "USB", "USB",

"Thunderbold", "Thunderbold"

}

);


Konstruktoren

• Im Beispiel werden iMac und dell über die Setter-Methoden initialisiert

• Diese Initialisierung basiert allerdings rein auf „gutem Willen“ • Einzelne Setter-Aufrufe können weggelassen werden • Syntaktisch ist dies kein Problem, aber evtl. semantisch • Um im Bild zu bleiben: Ein Computer benötigt einen Prozessor • Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode zur Initialisierung einer Instanz

• Per Default besitzt jede Klasse implizit den „leeren Konstruktor“ • Ein Konstruktor wird automatisch beim Erzeugen mit new aufgerufen

• Ein Konstruktor muss so heißen wie seine Klasse • Ein Konstruktor hat keinen Rückgabewert und damit also auch kein return



public Computer() {}

}


public class {

}

BEZEICHNER

…

public BEZEICHNER ( ) { }


Konstruktoren (II)

• Die Anzahl an Konstruktoren ist beliebig (Überladung von Methoden) • Sobald ein eigener Konstruktor definiert wurde, ist eine Instanz nicht mehr über den Default-Konstruktor erzeugbar • Stattdessen muss mit der Erzeugung genau ein Konstruktor erfüllt werden • Die Erzeugung ist demnach nichts weiter als new + Methodenaufruf

• Wobei die Methode ein Konstruktor sein muss • So kann die Initialisierung bestimmter Attribute sichergestellt werden



public Computer (String processor, int ram, String system) {

this.processor = processor;

this.ram = ram;

this.system = system;

}

…

}


Computer dell = new Computer("4 GHz AMD Quad Core");

Computer dell = new Computer("4 GHz AMD Quad Core", 8, "Windows 8");


Funktionalität

• Die Eigenschaften eines Computers wurden als Attribute definiert • Bisher ist jede Computer-Instanz lediglich ein „Daten-Container“ • Solche Instanzen werden POJOs genannt (Plain Old Java Object) • Wieder im Bild: Ein Computer ist mehr als nur seine Bestandteile • Zumindest wird man einen Computer an und ausschalten können • Diese Fähigkeiten sollten in der Klasse verankert werden:

• Die Methoden wurden in Abhängigkeit der Objekt-Attribute definiert • Die Attribute bestimmen das Verhalten der Methode



…

public void on() {

System.out.println("Booting: " + this.system);

}

public void off() {

System.out.println("Shutdown: " + this.system);

}

…

}

Computer dell = new Computer(

"4 GHz AMD Quad Core", 8, “Windows 8"

);

dell.on(); // Botting: Windows 8

dell.off(); // Shutdown: Windows 8

Computer iMac = new Computer(

"2.9 GHz Intel Core i5", 8,

"OS X Yosemite"

);

iMac.on(); // Botting: OS X Yosemite

iMac.off(); // Shutdown: OS X Yosemite


Der Weg zur Klasse


Analyse

Klassen identifizieren

Attribute identifizieren

Attribute typisieren

Attribute kapseln

Konstruktoren festlegen

Funktionalität identifizieren

Methoden definieren

Neue Funktionalität

kann zu neuen

Attributen führen

Typisierung kann zu neuen

Klassen führen

Neue Klassen können eine erneute Analyse erfordern


Aufgabe

• Aufgabe 1: • Legen Sie ein neues Netbeans-Projekt an • Fügen Sie zwei Klassen hinzu

• Computer

• Implementieren Sie die Klasse von Folie 16 aus • Füge Sie der Klasse eine Methode print hinzu, die alle Attribute

der Instanz ausgibt • Main

• Schreiben Sie hier eine main-Methode, die zwei Computer

Instanzen erstellt • Nutzen Sie die print-Methode, um eine Ausgabe zu generieren

• Aufgabe 2:

• Das Computer-Beispiel hinkt • Identifizieren und Definieren Sie weitere Klassen auf Basis der Komponenten eines Computers


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