Kapitel 1 - Widerholungsfragen - Informatik

Kapitel 1 - Widerholungsfragen
1. Erklären Sie folgende Begriffe:
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Objekt
Ein Objekt ist eine logische Einheit, bestehend aus zusammengehörigen Variablen
und Routinen.
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Klasse
Eine Klasse beschreibt die Struktur der ihr zugehörigen Objekte im Detail. Dazu
gehören Eigenschaften, Methoden, Konstsruktoren, Destruktoren, etc.
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Vererbung
Vererbung ermöglicht es, neue Klassen (subclasses) von bereits existierenden
Klassen (superclasses) abzuleiten. Änderungen können mittels Erweitern oder
mittels Überschreiben vorgenommen werden.
•
Identität
Objekte sind durch ihre Identität eindeutig gekennzeichnet und daher auch über
diese ansprechbar. Vereinfacht kann man sich die Identität als die Adresse des
Objekts im Speicher vorstellen. Das ist aber nur bedingt richtig, da sich die
Speicheradresse eines Objekts ändern kann, die Identität aber erhalten bleibt.
•
Zustand
Der Zustand eines Objekts setzt sich aus den Werten der Variablen im Objekt
zusammen. Dieser ist zur Laufzeit abänderbar.
•
Verhalten
Das Verhalten eines Objekts beschreibt, wie sich das Objekt beim Empfang einer
Nachricht verhält, also was das Objekt beim Aufruf einer Methode macht.
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Schnittstelle
Sie beschreibt das öffentlich sichtbare Verhalten und entspricht dem Typen eines
Objekts. Die Bezeichnungen white box, grey box, black box beschreiben den Grad
an öffentlichen Methoden.
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Instanz einer Klasse, einer Schnittstelle und eines Typs
Die Instanzen einer Klasse sind jene Objekte, die durch Konstruktoren der Klasse
erzeugt wurden. Genauer gesagt, sind die Objekte Instanzen der durch die Klasse
beschriebenen Schnittstellen bzw. Typen.
Die Klasse selbst ist die spezifischste aller Schnittstellen zu der das Objekt gehört,
da sie das Verhalten am genauesten beschreibt.
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Deklarierter Typ
Der deklarierte Typ ist jener Typ, mit dem die Variable deklariert wurde. Er kann
klarerweise nur bei expliziter Typdeklaration existieren.
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Statischer Typ
Der statische Typ wird vom Compiler statisch ermittelt und kann spezifischer als
der deklarierte Typ sein. Statische Typen zum Beispiel für Programmoptimierung
verwendet. Dabei hängt es vom der Qualität des Compilers ab, wie spezifisch der
statische Typ ist.
•
Dynamischer Typ
Das ist der spezifischste Typ den der in der Variable gespeicherte Wert tatsächlich
hat. Er ist in der Regel spezifischer als der deklarierte Typ und wird zum Beispiel
zur dynamischen Typüberprüfung während der Laufzeit verwendet.
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Nachricht
Objekte können während ihrer Lebenszeit Nachrichten austauschen. Dies ist als
das Aufrufen von Methoden und Übersenden von Rückgabewerten zu verstehen.
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Methode
Eine Methode ist eine Routine eines Objekts. Das Verhalten eines Objekts beim
Aufruf einer Methode ist von der Art und dem Inhalt der formalen Parameter der
Methode abhängig.
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Konstruktor
Objekte einer Klasse werden durch einen Konstruktor erzeugt. Er ist eine spezielle
Methode der Klasse.
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Faktorisierung
Unter Faktorisierung versteht man das Zusammenfassen zusammengehöriger
Eigenschaften und Aspekte des Programms zu Einheiten. Gute Faktorisierung
wirkt sich positiv auf die Wartbarkeit eines Programms aus.
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Refaktorisierung
Unter Refaktorisierung versteht man die Anpassung der Struktur eines Programms
an neue oder unbedachte Gegebenheiten. Gute Faktorisierung kann den Aufwand
von Refaktorisierung vermindern.
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Verantwortlichkeiten
• “was ich weiß“ – Beschreibung des Zustands der Instanzen
• “was ich mache“ – Verhalten der Instanzen
• “wen ich kenne“ – sichtbare Objekte, Klassen, etc.
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Klassen-Zusammenhalt
Der Klassen-Zusammenhalt ist hoch, wenn alle Variablen und Methoden der
Klasse end zusammenarbeiten und der Name der Klasse gut beschrieben ist.
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Objekt-Kopplung
Die Objekt-Kopplung ist hoch, wenn die Anzahl der nach außen sichtbaren
Methoden und Variablen hoch ist, im laufenden System Methodenaufrufe und
Variablenzugriffe zwischen unterschiedlichen Objekten häufig auftreten und die
Anzahl der Parameter dieser Methoden hoch ist.
•
Softwareentwurfsmuster
Softwareentwurfsmuster geben Problemstellungen in der Softwareentwicklung
einen Namen und bieten erprobte Lösungswege „best practices“ dafür an. Da sie
meist nicht 1:1 anwendbar sind, wählt man jenen Weg, der am wenigsten andere
Nachteile mit sich bringt. Konsequenzen sind oft die Aufblähung eines Systems,
sowie eine schlechtere Übersichtlichkeit desselben.
2. Welche Arten von Polymorphismus unterscheidet man? Welche davon sind in
der objektorientierten Programmierung wichtig? Warum?
Man unterscheidet zwischen universellen- und Ad-hoc-Polymorphismus. Zum universellen
Polymorphismus zählen Generizität und enthaltender Polymorphismus, zum Ad-hocPolymorphismus zählen das Überladen von Methoden und Typumwandlungen.
Nur der universelle Polymorphismus ist für die objektorientierte Programmierung wichtig,
da nur hier eine gleichförmige Struktur der untereinander in Beziehung stehenden Typen
besteht. Weder das Überladen von Methoden, noch die Typumwandlung sind spezifisch
für die objektorientierte Programmierung.
3. Wann sind zwei Objekte identisch, und wann sind zwei identische Objekte
gleich?
Es gibt keine zwei identen Objekte. Zwei unterschiedlich benannte Referenzen können
höchstens auf ein und dasselbe Objekt verweisen. Zwei Objekte sind genau dann gleich,
wenn sie denselben Zustand und dasselbe Verhalten aufweisen (Kopien voneinander
sind).
4. Sind Datenabstraktion, Datenkapselung und data hiding einander
entsprechende Begriffe? Wenn Nein, worin unterscheiden sie sich?
Nein, sind sie nicht!
Unter Datenkapselung versteht man das Zusammenfassen zusammengehöriger Aspekte
eines Programms zu einer Einheit (Kapsel).
Unter data hiding versteht man das verstecken von Daten und Implementierungen.
Datenabstraktion ist ein Sammelbegriff für Datenkapselung und data hiding.
5. Was besagt das Ersetzbarkeitsprinzip?
Dies besagt, dass ein Typ U genau dann ein Untertyp vom Typen T ist, wenn eine Instanz
vom Typ U überall dort eingesetzt werden kann, wo eine Instanz vom Typen T erwartet
wird.
6. Nennen Sie die Schritte im Softwareentwicklungsprozess entsprechend dem
Wasserfallmodell und zyklischen Modellen.
Das Wasserfallmodellen besteht aus den Schritten: Analyse, Entwurf, Implementierung
sowie Verifikation und Validierung. Zyklische Modelle wenden das Wasserfallmodell in
Form schrittweiser Verfeinerung auf das Gesamtprojekt an, indem Teilaspekte immer
weiter ausgebaut und ständig verifiziert und validiert werden.
7. Warum ist eine gute Wartbarkeit so wichtig?
Änderungen der Software können rascher durchgeführt werden, langfristige Kosten
können dadurch gesenkt werden.
8. Wie lauten die wichtigsten Faustregeln im Zusammenhang mit KlassenZusammenhalt und Objekt-Kopplung? Welche Vorteile erwartet man sich
davon, dass diese Faustregeln erfüllt sind?
Der Klassen-Zusammenhalt soll hoch sein. Hoher Klassen-Zusammenhalt deutet auf eine
gute Faktorisierung hin. Bei guter Faktorisierung muss die Struktur einer Software nur
minimal an Änderungen angepasst werden.
Die Objekt-Kopplung soll schwach sein. Schwache Objekt-Kopplung deutet auf eine gute
Kapselung hin. Bei Änderungen werden vermutlich weniger Objekte beeinflusst als bei
starker Objekt-Kopplung.
9. Welche Arten von Software kann man wieder verwenden, und welche Rolle
spielt jede davon in der Softwareentwicklung?
Programme, Daten, Erfahrungen („best practices“) und Code. Unter Code unterscheidet
man weiters zwischen globalen- und fachspezifischen Bibliotheken, projektinterner- und
programminterner Wiederverwendung.
10.Welche Rolle spielen Refaktorisierungen in der Wiederverwendung?
Besonders bei weniger erfahrenen Programmierern kann der erhöhte Zeit- und
Kostenaufwand bei der Erstellung wiederverwendbarer Software zum Scheitern des
Projekts führen. Im Zweifelsfall sollte erst nach Fertigstellung des Projekts und nach
Bedarf eine Refaktorisierung für Wiederverwendung erwogen werden.
11.Nennen Sie die wichtigsten Paradigmen der Programmierung und ihre
essentiellen Eigenschaften.
Zur Imperativen Programmierung gehören die Prozedurale- und die Objektorientierte
Programmierung, zur Deklarativen Programmierung gehören die Funktionale- und die
Logikorientierte Programmierung.
12.Wofür ist die objektorientierte Programmierung gut geeignet, und wofür ist
sie nicht gut geeignet?
Objektorientierte Programmierung eignet sich zur Entwicklung von Systemen, deren
Gesamtkomplexität jene der einzelnen Algorithmen deutlich übersteigt. Sonst sind
andere Paradigmen besser geeignet.
Kapitel 2 – Wiederholungsfragen
13.In welcher Form kann man durch das Ersetzbarkeitsprinzip
Wiederverwendung erzielen?
Durch das Einhalten des Ersetzbarkeitsprinzips können Fehler in der Klassenhierarchie
vermieden und Schnittstellen stabil gehalten werden. Dadurch ergeben sich ein paar
Möglichkeiten zur Wiederverwertung, s. Beispiel Treiberversionen.
14.Unter welchen Bedingungen, die von einem Compiler überprüfbar sind, ist
ein Typ im Allgemeinen Untertyp eines anderen Typs? Welche zusätzlichen
Bedingungen müssen in Java gelten?
Typen von Konstanten und Ergebnistypen müssen kovariant, Typen formaler Parameter
kontravariant und Variablentypen invariant sein. In Java muss zudem zwischen den
beiden Klassen eine Vererbungsbeziehung bestehen.
15.Sind die in Punkt 14 angeschnittenen Bedingungen hinreichend, damit das
Ersetzbarkeitsprinzip erfüllt ist? Wenn nicht, was muss noch beachtet
werden?
Damit das Ersetzbarkeitsprinzip vollständig erfüllt sein kann, muss der Programmierer
den Vertrag zwischen Client- und Serverklassen implementieren.
16.Welche Rolle spielt dynamisches Binden für die Ersetzbarkeit und
Wartbarkeit?
Durch den Einsatz dynamischen Bindens können Änderungen rascher Angepasst werden,
die Lokalität bleibt gewährleistet, was wiederum und Wartbarkeit verbessert.
17.Welche Arten von Zusicherungen werden unterschieden, und wer ist für
deren Einhaltung verantwortlich?
Vorbedingungen (dafür ist der Client verantwortlich), Nachbedingungen (dafür ist der
Server verantwortlich) und Invarianten (für die ebenfalls der Server vor und nach Aufruf
einer seiner Methoden zuständig ist).
18.Wie müssen sich Zusicherungen in Unter- und Obertypen zueinander
verhalten, damit das Ersetzbarkeitsprinzip erfüllt ist?
Vorbedingungen im Untertypen dürfen nur schwächer werden (mittels ODER),
Nachbedingungen und Invarianten dürfen im Untertypen nur stärker sein (mittels UND).
19.Warum sollen Schnittstellen und Typen stabil bleiben? Wo ist Stabilität
besonders wichtig?
Nachträgliche Änderungen wurden sich über die gesamte zu Grunde liegende
Vererbungshierarchie ausbreiten. Während Blätter zwecks Stabilitätsgewinnung noch
leicht refaktorisiert werden können, müssen Elemente zur Wurzel hin stabil bleiben.
20.Was ist im Zusammenhang mit allgemein zugänglichen (public) Variablen
und Invarianten zu beachten?
(Öffentliche) Variablen von außen zu verändern sollte man auf jeden Fall unterlassen.
Sind dabei Invarianten betroffen, könnte dies zu einer Verletzung des Vertrags führen.
21.Wie genau sollen Zusicherungen spezifiziert sein?
Zusicherungen sollten möglichst allgemein gehalten werden. Je genauer die
Zusicherungen formuliert sind, desto eher ist die Stabilität gefährdet.
22.Wozu dienen abstrakte Klassen und abstrakte Methoden? Wo und wie soll
man abstrakte Klassen einsetzen?
Abstrakte Klassen können zwar nicht instanziert werden, eignen sich aber zum Definieren
von Typen. Abstrakte Methoden müssen in den Untertypen implementiert werden.
Abstrakte Klassen ohne Implementierungen eigenen sich gut als Obertypen, da sie eher
stabil sind und man immer von stabilen Typen ableiten soll.
23.Ist Vererbung dasselbe wie das Ersetzbarkeitsprinzip? Wenn Nein, wo liegen
die Unterschiede?
Für eine reine Vererbungsbeziehung ist das Ersetzbarkeitsprinzip irrelevant. Letzteres ist
eine Einschränkung der Freiheiten des Programmierers, Vererbungstechniken willkürlich
zu Gunsten von Untertypbeziehungen einzusetzen.
24.Worauf kommt es zur Erzielung von Codewiederverwertung eher an – Auf
Vererbung oder Ersetzbarkeit – Warum?
Auf Ersetzbarkeit! Vererbungsbeziehungen bieten auf den ersten Blick die bessere
Codewiederverwertung, allerdings verzichtet man auf Untertypbeziehungen, die
Codewiederverwertung im noch größeren Umfang bewirken können und ein wichtiges
Instrument der objektorientierten Programmierung sind.
25.Was bedeuten folgende Begriffe in Java?
•
•
•
Instanzvariable
Instanzvariablen sind jene Variablen die zu den Instanzen der Klasse gehören.
Jede Instanz verfügt über eine eigene Kopie dieser Variable.
Klassenvariable
Klassenvariablen gehören zur Klasse selbst. Schreibzugriffe auf eine
Klassenvariable wirken sich auf alle Instanzen aus.
statische Methode
Statische Methoden gehören ebenfalls zur Klasse selbst und werden über den
Namen der Klasse aufgerufen. this ist innerhalb von statischen Methoden nicht
verfügbar.
•
static initializer
Der static initializer ist ein Block für Initialisierungen von statischen Variablen,
ähnlich dem Konstruktor für Instanzvariablen.
•
Geschachtelte und innere Klasse
Es gibt zwei Arten geschachtelter Klassen: statische geschachtelte Klassen und
innere Klassen. Statische geschachtelte Klassen dürfen nur auf statische Felder
der umschließenden Klasse zugreifen. Innere Klassen gehören zur Instanz der
umschließenden Klasse und dürfen weder statische Methoden noch statisch
geschachtelte Methoden enthalten.
Abgesehen davon entsprechen geschachtelte Klassen den nicht geschachtelten
Klassen: sie können abstract sein und von anderen Klassen erben.
•
final Klasse und final Methode
Von final Klassen kann nicht geerbt werden, final Methoden können nicht im
Untertypen überschrieben werden.
•
Paket
Ein Paket dient der Schaffung einer Struktur für Klassen. Zusammengehörige
Klassen sollen sich in einem Paket befinden.
26.Wo gibt es in Java Mehrfachvererbung, wo Einfachvererbung?
Mehrfachvererbung wird in Java mittels implementierter Interfaces realisiert,
Einfachvererbung mittels Erweiterung von Klassen.
27.Welche Arten von import-Deklarationen kann man in Java unterscheiden?
Man kann einzelne Klassen oder alle Klassen eines Pakets per Wildcard (*) importieren.
28.Welche Möglichkeiten zur Spezifikation der Sichtbarkeit gibt es in Java, und
wann soll man welche Möglichkeit wählen?
Public, private, protected und default (package access).
Methoden, Konstanten und Variablen die bei der Verwendung der Klasse oder ihrer
Instanzen benötigt werden, müssen public sein.
Methoden, Konstanten und Variablen die nur innerhalb der Klasse verwendet werden,
sollen private sein.
Methoden und Variablen, die für die Verwendung einer Klasse oder ihrer Instanzen nicht
benötigt werden, aber für spätere Erweiterungen benötigt werden könnten, sollen
protected sein.
29.Was sind Interfaces in Java, und wodurch unterscheiden sie sich von
abstrakten Klassen? Wann soll man Interfaces verwenden? Wann sind
abstrakte Klassen besser geeignet?
Interfaces sind Definitionen von Schnittstellen. Es dürfen keine Variablen, nur Konstanten
definiert werden, alle Methoden sind automatisch public. Die Schlüsselwörter static, final,
private und protected dürfen in Methodendeklarationen nicht vorkommen.
Interfaces sind auf Grund von Mehrfachvererbung mittels implements flexibler einsetzbar
als Klassen und sind wegen der höheren Stabilität (fehlende Implementierungen) besser
geeignet als Klassen.
Kapitel 3 – Wiederholungsfragen
30.Was ist Generizität? Wozu verwendet man Generizität?
Generizität ist neben enthaltendem Polymorphismus eine weitere Form des universellen
Polymorphismus. Generizität wird zur Erstellung generischer Klassen mit Typparametern
eingesetzt. Der Vorteil liegt in der statischen Typsicherheit sowie in der Codeersparnis bei
sich nur durch jeweils einen Typen voneinander unterscheidenden Klassen.
31.Was ist gebundene Generizität? Was kann man mit Schranken auf
Typparametern machen, was ohne Schranken nicht geht?
Bei gebundener Generizität wird auf einem Typparameter eine Schranke definiert. Durch
diese Schranke ist der zu verwendende Typ näher spezifizierbar (im Gegensatz zu
einfacher Generizität). Wird keine Schranke definiert, so wird implizit Object als Schranke
angenommen.
32.In welchen Fällen soll man Generizität einsetzen, in welchen nicht?
In erster Linie sollte man Ersetzbarkeit anwenden, in zweiter Linie Generizität.
33.Was bedeutet statische Typsicherheit?
Der Compiler garantiert bereits, dass tatsächlich nur erwartete Typen verwendet werden.
Dadurch werden Typkonvertierungsfehler zur Laufzeit ausgeschlossen.
34.Welche Arten von Generizität hinsichtlich ihrer Übersetzung und ihrem
Umgang mit Schranken kann man unterscheiden? Welche davon wird in
generischem Java verwendet, und wie flexibel ist diese Lösung?
35.Was sind (gebundene) Wildcards als Typen in Java? Wozu kann man sie
verwenden?
Gebundene Wildcards definieren eine Schranke auf einem formalen Parameter einer
Methode bei der Verwendung eines generischen Typen.
z.B.: public meth(List<? extends Polygon> p) { … }
36.Wie kann man Generizität simulieren? Worauf verzichtet man, wenn man
Generizität nur simuliert?
37.Was wird bei der heterogenen bzw. homogenen Übersetzung von Generizität
genau gemacht?
38.Welche Möglichkeiten für dynamische Typabfragen gibt es in Java, und wie
funktionieren sie genau?
39.Was wird bei einer Typumwandlung in Java umgewandelt – der deklarierte,
dynamische oder statische Typ? Warum?
40.Welche gefahren bestehen bei Typumwandlungen?
41.Wie kann man dynamische Typabfragen und Typumwandlungen vermeiden?
In welchen Fällen kann das schwierig sein?
42.Welche Arten von Typumwandlungen sind sicher? Warum?
43.Was sind kovariante Probleme und binäre Methoden? Wie kann man mit
ihnen umgehen oder sie vermeiden?
44.Wie unterscheidet sich Überschreiben von Überladen, und was sind
Multimethoden?
45.Wie kann man Multimethoden simulieren? Welche Probleme können dabei
auftreten?
46.Was ist das Visitor-Entwurfsmuster?
47.Wodurch ist das Überladen problematisch, und in welchen Fällen ergeben
sich kaum Probleme?
48.Wie werden Ausnahmebehandlungen in Java unterstützt?
49.Wie sind Ausnahmen in Untertypbeziehungen zu berücksichtigen?
50.Wozu kann man Ausnahmen verwenden? Wozu soll man sie verwenden,
wozu nicht?