class PUBLIC_TRANSPORT inherit

Chair of Software Engineering
EinführungindieProgrammierung
Prof.Dr.BertrandMeyer
Lektion 11:Einführung in die Konzepte
der Vererbung und Generizität
Programmfürheute(undnächstesMal)
ZweifundamentaleMechanismenfürmehrAusdruckskraft
undVerlässlichkeit:
Ø  Generizität(genericity)
Ø  Vererbung(inheritance)
Mitdendazugehörigen(genausowichtigen)Begriffen:
Ø  StatischeTypisierung(statictyping)
Ø  Polymorphie(polymorphism)
Ø  DynamischesBinden(dynamicbinding)
2
AusderzweitenVorlesung
class
PREVIEW
inherit
ZURICH_OBJECTS
feature
explore
--DieStadterkunden.
do
Central•highlight
Polyterrasse•highlight
Polybahn•add_transport
Zurich_map•animate
end
end
3
DenBegriffeinerKlasseerweitern
Abstraktion
Vererbung
WAGEN_
MENGE
Generizität
Typ-Parametrisierung
STADT_
LISTE
Typ-Parametrisierung
WAGEN_
LISTE
PERSONEN_
LISTE
VERKETTETE_WAGEN_
LISTE
Spezialisierung
4
VererbungundGenerizitätverbinden
Vererbung
WAGEN_
MENGE
PERSONEN_
MENGE
Generizität
STADT_
LISTE
WAGEN_
LISTE
VERKETTETE_
STADT_LISTE
VERKETTETE_
WAGEN_LISTE
PERSONEN_
LISTE
5
Generizität
Uneingeschränkt:
LIST[G]
e.g.LIST[INTEGER],LIST[PERSON]
Eingeschränkt:
HASH_TABLE[G―>HASHABLE]
VECTOR[G―>NUMERIC]
6
Generizität:Typ-Sicherheitgewährleisten
Wiekönnenwirkonsistente„Container“-Datenstrukturendefinieren,
z.B.eineListevonKontenodereineListevonPunkten?
Aber:Was
OhneGenerizitätvielleichtso:
passiertbei
einerfalschen
Zuweisung?
c:STADT;p:PERSON
staedte:LIST...
leute:LIST...
---------------------------------------------------------
p
leute.extend()
staedte.extend()
c c:=staedte.last
c.stadt_operation
7
MöglicheAnsätze
1.DenCodeduplizieren,vonHandodermitHilfeeines
Makroprozessors
2.BiszurLaufzeitwarten;fallsdieTypennichtpassen,eine
Laufzeitausnahme(Smalltalk)werfen
3.Konvertieren(„cast“)allerWertezueinemuniversalenTyp,
wiez.B.„Void-Zeiger“inC
4.ParametrisierenderKlasse,indemeinexpliziterNameGfür
denTypderContainerelementeangegebenwird.Diesistder
AnsatzinEiffel.AuchdieneustenVersionenvonJava,.NET
undandereSprachenverwendendiesenAnsatz
8
EinegenerischeKlasse
FormalergenerischerParameter
classLIST[G]feature
extend(x:G)... last:G... end
UmdieKlassezuverwenden:Benutzensieeinegenerische
Ableitung(genericderivation),z.B.
TatsächlichergenerischerParameter
staedte:LIST[STADT]
9
GebrauchgenerischerAbleitungen
staedte:LIST[STADT]
leute:LIST[PERSON]
c:STADT
p:PERSON
...
staedte.extend(c)
leute.extend(p)
c:=staedte.last
STATISCHETYPISIERUNG
FolgendeswirdderCompiler
zurückweisen:
.extend(c)
Ø leute
Ø staedte
.extend(p)
c.stadt_operation
10
StatischeTypisierung
TypsichererAufruf(type-safecall):
WährendderAusführung:einFeatureaufrufx.f,sodass
das an x gebundene Objekt ein Feature hat, das f
entspricht.
[Verallgemeinerung:mitArgumenten(z.B.x.f(a,b))]
ÜberprüferfürstatischeTypen(typechecker):
EinaufeinProgrammanwendbaresWerkzeug(z.B.ein
Compiler) das — für alle Programme, die es akzeptiert
— garantiert, dass jeder Aufruf in jeder Ausführung
typsicherist.
StatischtypisierteSprache:
Eine Programmiersprache, für die es möglich ist, einen
ÜberprüferfürstatischeTypenzuschreiben.
11
DerGebrauchvonGenerizität
LIST[STADT]
LIST[LIST[STADT]]
…
EinTypistnichtlängerdasGleichewieeineKlasse!
(AbereinTypbasiertweiterhinaufeinerKlasse)
12
WasisteinTyp?
(FürEinfachheitnehmenwiran,dassjedeKlasseentweder
keinenodergenaueinengenerischenParameterhat)
Typ
Typ
EinistvoneinerderfolgendenzweiArten:
Ø 
Ø 
C,wobeiCderNameeinernicht-generischenKlasseist
D[T],wobeiDderNameeinergenerischenKlasseundT
Typ
einist
13
EinegenerischeKlasse
FormalergenerischerParameter
classLIST[G]feature
extend(x:G)... last:G... end
UmdieKlassezuverwenden:Benutzensieeinegenerische
Ableitung,z.B.
TatsächlichergenerischerParameter
staedte:LIST[STADT]
14
AusderzweitenVorlesung
class
PREVIEW
inherit
ZURICH_OBJECTS
feature
explore
--DieStadterkunden.
do
Central•highlight
Polyterrasse•highlight
Polybahn•add_transport
Zurich_map•animate
end
end
15
DenBegriffeinerKlasseerweitern
Abstraktion
Vererbung
WAGEN_
MENGE
Generizität
Typ-Parametrisierung
STADT_
LISTE
Typ-Parametrisierung
WAGEN_
LISTE
PERSONEN_
LISTE
VERKETTETE_WAGEN_
LISTE
Spezialisierung
16
DiedualeNaturvonKlassen
EineKlasseisteinModul.
*OdereinTyp-Muster
(template)
EineKlasseisteinTyp*.
(sieheGenerizität)
EineKlassealsModul:
Ø  GruppiertMengevonverwandtenDiensten
Ø  ErzwingtdasGeheimnisprinzip(nichtjederDienstkann
vonausserhalbgenutztwerden)
Ø  HatKlienten(Module,diesiebenutzen)undVersorger
(Module,diesiebenutzt)
EineKlassealsTyp:
Ø  BezeichnetmöglicheLaufzeitwerte(Objekteund
Referenzen),dieInstanzendesTyps
Ø  KannfürDeklarationvonEntitätenbenutztwerden(die
solcheWerterepräsentieren)
17
WiediebeidenAnsichtenzusammenpassen
DieKlasse,alsModulgesehen:
gruppierteineMengevonDiensten(dieFeaturesder
Klasse),
diegenaudenaufdieInstanzenderKlasse(alsTyp
gesehen)anwendbarenOperationenentsprechen.
(Beispiel:dieKlassePUBLIC_TRANSPORT,Featuresline,
position,destination,speed,move)
18
GrundlagenderVererbung
Prinzip:
BeschreibungeinerneuenKlassealsErweiterungoder
SpezialisierungeinerexistierendenKlasse.
(Odermehreren,mitHilfevonMehrfachvererbung)
FallsBvonAerbt:
Ø AlsModule:AlleDienstevonAsindinBverfügbar.
(MöglicherweisemitunterschiedlicherImplementation)
Ø AlsTypen:Immer,wenneineInstanzvonAerwartet
wird,istaucheineInstanzvonBerlaubt.
(“isteineArtvon”-Beziehung(is-arelationship))
19
Terminologie
WennBvonAerbt(indemKlasseBKlasseAinihrerinheritKlauselauflistet):
A
Ø BisteinErbevonA
Ø AisteinVorgängervonB
FüreineKlasseA:
Ø DieNachkommenvonAsindAselbstund
(rekursiv)dieNachkommenvonAsErben.
Ø EchteNachkommensindobigeohneA.
B
UmgekehrteNotation:
Ø Vorfahre
Ø EchterVorfahre
GenauererBegriffderInstanz:
Ø DirekteInstanzenvonA
C
D
Ø InstanzenvonA:Diedirekten
InstanzenvonNachkommenvonA.
(AndereTerminologien:Unterklasse,Oberklasse)
E
20
Beispielhierarchie(inTraffic)
*aufgeschoben(deferred)
+wirksam(effective)
*
MOBILE
position*
move*
++redefiniert(redefined)
*
TRANSPORT
line
departed
destination
move+
PUBLIC_TRANSPORT
TOUR_TRAM
position+
capacity
passenger_count
load
TAXI
take
move+
name
move++
21
FeaturesimBeispiel
Feature
name:STRING
--NamederRundfahrt.
line:LINE
--Linie,welcherderWagen
--folgt.
load(n:INTEGER)
--LadenPassagiereauf.
move(dt:INTEGER)
--PositionnachdtMilli-
--sekundenaktualisieren.
AusderKlasse:
*
MOBILE
TOUR_TRAM
*
TRANSPORT
TAXI
PUBLIC_TRANSPORT
PUBLIC_TRANSPORT
TOUR_TRAM
TRANSPORT
MOBILE
22
Featuresvererben
deferredclass
TRANSPORT
inherit
MOBILE
feature
[…RestderKlasse…]
end
AlleFeaturesvonMOBILEsindauchin
TRANSPORTverfügbar
class
PUBLIC_TRANSPORT
inherit
TRANSPORT
feature
[…RestderKlasse…]
end
AlleFeaturesvonTRANSPORTsind
auchinPUBLIC_TRANSPORTverfügbar
class
TOUR_TRAM
inherit
PUBLIC_TRANSPORT
feature
[…RestderKlasse…]
end
AlleFeaturesvonPUBLIC_TRANSPORT
sindauchinTOUR_TRAMverfügbar
23
VererbteFeatures
m:MOBILE;t:TRANSPORT;p:PUBLIC_TRANSPORT;
r:TOUR_TRAM
*
MOBILE
m•move(…)
t•load(…)
*
TRANSPORT
p•line--EinAusdruck
r•name--EinAusdruck
TAXI
r•move(…)
PUBLIC_TRANSPORT
r•load(…)
r•line --EinAusdruck
TOUR_TRAM
r•name--EinAusdruck
24
Definitionen:ArtenvonFeatures
Ein“FeatureeinerKlasse”ist:
Ø  EinvererbtesFeature,fallseseinFeatureeines
Vorfahrensist,oder
Ø 
EindirektesFeature,fallsesinderKlasseselbst
definiertundnichtvererbtist.IndiesemFallsagtman,
dassdieKlassedasFeatureeinführt
25
PolymorpheZuweisung
t:TRANSPORT
tram:PUBLIC_TRANSPORT
cab:TAXI
t:=tram
EinechterNachkomme
desursprünglichenTyps
t
"
(TRANSPORT)
Interessanter:
ifbedingungthen
t:=tram
else
t:=cab
…
end
tram
(PUBLIC_TRANSPORT)
26
Zuweisungen
Zuweisung:
ziel:=ausdruck
Bisjetzt(ohnePolymorphie):
ausdruckwarimmervomgleichenTypwieziel
MitPolymorphie:
DerTypvonausdruckisteinNachkommedesTyps
vonziel
27
PolymorphiegiltauchfürArgumente
reise_zeit(t:TRANSPORT):REAL_64
do…end
EinspezifischerAufruf:
reise_zeit(tram)
DerTypdeseigentlichen
Argumentsisteinechter
NachkommedesTypsdes
formalenArguments
28
Definitionen:Polymorphie
engl.Attachment
EineBindung(ZuweisungoderArgumentübergabe)ist
polymorph,fallsihreZielvariableundderQuellausdruck
verschiedeneTypenhaben.
EineEntitätodereinAusdruckistpolymorph,fallssiezur
Laufzeit—inFolgeeinerpolymorphenBindung—zu
einemObjekteinesanderenTypsgebundenwerden.
PolymorphieistdieExistenzdieserMöglichkeiten.
29
Definitionen:statischerunddynamischerTyp
DerstatischeTypeinerEntitätistderTypihrerDeklaration
imzugehörigenKlassentext.
FallsderWerteinerEntitätwährendeinerAusführungan
einObjektgebundenist,istderTypdiesesObjektsder
dynamischeTypderEntitätzudieserZeit.
30
StatischerunddynamischerTyp
t:TRANSPORT
tram:PUBLIC_TRANSPORT
StatischerTypvont:
TRANSPORT
t:=tram
DynamischerTypnachdieserZuweisung:
PUBLIC_TRANSPORT
v
"
(TRANSPORT)
cab
(PUBLIC_TRANSPORT)
31
GrundlegendeTyp-Eigenschaft
StatischerunddynamischerTyp
DerdynamischeTypeinerEntitätistimmer
konformzuihremstatischemTyp
(vomTyp-Systemgarantiert)
32
StatischeTypisierung
TypsichererAufruf(währendderAusführung):
Ein Featureaufruf x.f , so dass das an x gebundene
ObjekteinFeaturehat,dasfentspricht.
[Verallgemeinerung:mitArgumenten(z.B.x.f(a,b))]
ÜberprüferfürstatischeTypen:
EinaufeinProgrammanwendbaresWerkzeug(z.B.ein
Compiler) das - für alle Programme, die es akzeptiert -
garantiert, dass jeder Aufruf in jeder Ausführung
typsicherist.
StatischtypisierteSprachen:
Eine Programmiersprache, für die es möglich ist, einen
ÜberprüferfürstatischeTypenzuschreiben.
33
VererbungundstatischeTypisierung
ElementareTypisierungsregelbeiVererbung
EinepolymorpheBindungistnurdanngültig,
wennderTypderQuellemitdemTyp
desZielskonformist
konform:Grunddefinition
Referenztypen(nichtgenerisch):UistkonformzuTfalls
UeinNachkommevonTist
EinexpandierterTypistnurzusichselbstkonform
34
Konformität:präzisereDefinition
EinReferenztypUistzueinemReferenztypTkonform,
falls:
Ø  SiedengleichengenerischenParameterhabenundU
einNachkommevonTist,oder
Ø  SiebeidegenerischeAbleitungenmitdergleichen
AnzahltatsächlicherParametersind,derVorfahrevon
UeinNachkommederKlasseTistundjeder
tatsächlicheParametervonU(rekursiv)zum
jeweiligentatsächlichenParametervonTkonformist
EinexpandierterTypistnurzusichselbstkonform.
35
StatischeTypisierung
TypsichererAufruf(währendderAusführung):
Ein Featureaufruf x.f , so dass das an x gebundene
ObjekteinFeaturehat,dasfentspricht.
[Verallgemeinerung:mitArgumenten(z.B.x.f(a,b))]
ÜberprüferfürstatischeTypen:
EinaufeinProgrammanwendbaresWerkzeug(z.B.ein
Compiler) das - für alle Programme, die es akzeptiert -
garantiert, dass jeder Aufruf in jeder Ausführung
typsicherist.
StatischtypisierteSprachen:
Eine Programmiersprache, für die es möglich ist, einen
ÜberprüferfürstatischeTypenzuschreiben.
36
DasVererbungs-undKonformitätssystem
ANY
Klassen(vom
Progammierer
definiert)
NONE
37
NocheineBeispielhierarchie
center*
*
OPEN_
FIGURE
display*
rotate*
*
FIGURE
perimeter*
*
CLOSED_
FIGURE
perimeter+
SEGMENT
POLYLINE
perimeter++
...
TRIANGLE
*aufgeschoben
+wirksam
++redefiniert
perimeter+
+
POLYGON
perimeter++
+
ELLIPSE
...
side1
RECTANGLE side2
diagonal
SQUARE
CIRCLE
perimeter++
38
Redefinition1:Polygone
classPOLYGONinherit
CLOSED_FIGURE
create
make
feature
vertex:ARRAY[POINT]
vertex[i]
vertex_count:INTEGER
perimeter:REAL
--LängedesUmfangs.
do
from...until...loop
vertex[i+1]
.
Result:=Result+vertex[i] distance(vertex[i+1])
...
end
end
invariant
vertex_count>=3
vertex_count=vertex.count
end
39
Redefinition2:Rechtecke
classRECTANGLEinherit
POLYGON
redefine
perimeter
end
create
make
feature
diagonal,side1,side2:REAL
perimeter:REAL
--LängedesUmfangs.
doResult:=2*(side1+side2)end
invariant
vertex_count=4
end
diagonal
side2
side1
40
Vererbung,TypisierungundPolymorphie
Annahme:
p:POLYGON;r:RECTANGLE;t:TRIANGLE
x:REAL
p ✂
Erlaubt:
x:=p.perimeter
x:=r.perimeter
x:=r.diagonal
p:=r
NICHTerlaubt:
(POLYGON)
r
(RECTANGLE)
x:=p.diagonal--Auchdirektnachp:=r!
r:=p
41
DynamischesBinden
WasisthierdasResultat(fallsein_testwahrist)?
ifein_testthen
p:=r
else
p:=t
end
x:=p.perimeter
Redefinition:EineKlassekanneingeerbtesFeatureändern.
Beispiel:RECTANGLEredefiniertperimeter.
Polymorphie:pkannzurLaufzeitmehrereFormenhaben.
DynamischesBinden:DasResultatvonp.perimeterhängtvom
derLaufzeitformvonpab.
42
Definition:DynamischesBinden(Dynamicbinding)
DynamischesBinden(einesemantischeRegel):
Ø  JedeAusführungeinesFeatureaufrufsruftdasam
bestenzumTypdesZielobjektsadaptierteFeature
auf.
43
BindenundTypisierung
(FüreinenAufrufxlf)
StatischeTypisierung:DieGarantie,dassesmindestenseine
Versionvonfgibt.
DynamischesBinden:DieGarantie,dassjederAufrufdie
geeignetsteVersionvonfaufruft.
44
OhnedynamischesBinden?
display(f:FIGURE)
do
if“fisteinCIRCLE”then
...
elseif“fisteinPOLYGON”then
...
end
end
UndähnlichfüralleRoutinen!
Lästig;mussimmerwiedergeändertwerden,wennes
einenneuenFigurentypgibt.
45
MitVererbungundzugehörigenTechniken
Mit:
und:
f:FIGURE
c:CIRCLE
.
.
createc make(...)
createp make(...)
p:POLYGON
Initialisieren:
if...then
f:=c
else
f:=p
end
Danacheinfach:
.
.
.
f move(...)
f rotate(...)
f display(...)
--undsoweiterfür
--jedeOperationvonf!
46
Vererbung:Zusammenfassung1
Typenmechanismus:erlaubtes,Datenabstraktionenzu
klassifizieren.
Modul-Mechanismus:erlaubtes,neueKlassenalsErweiterung
vonexistierendenKlassenzuerstellen.
Polymorphie:FlexibilitätmitTyp-Sicherheit.
DynamischesBinden:automatischeAdaptionderOperation
aufdasZielfürmodularereSoftwarearchitekturen.
47
Redefinition
classPUBLIC_TRANSPORTfeature
departed:STATION
--Abgangsstation.
arriving:STATION
--Ankunftsstation.
towards_last:BOOLEAN
--Fahrtrichtung.
destination:STATION --Zielstation.
move(dt:INTEGER)
--PositionnachdtMillisekundenaktualisieren.
do
[…]
departed:=arriving
ifarriving=destinationthen
--Richtungwechseln.
towards_last:=nottowards_last end
arriving:=line.next_station(departed,towards_last)
[…]
end
[…] end
48
Redefinition2:Tram-Rundfahrt
classTOUR_TRAMinherit
PUBLIC_TRANSPORT
redefinemoveend
feature
move(dt:INTEGER)
--PositionnachdtMillisekundenaktualisieren.
do
[…]
departed:=arriving
ifarriving=line.lastthen
--Richtungnichtwechseln.
arriving:=line.first
else
arriving:=line.next_station
(departed,towards_last)
end
[…]
end
[…] end
49
DynamischesBinden
WasisthierdasResultat(fallsi_feel_like_fonduewahrist)?
m:MOBILE,tram9:PUBLIC_TRANSPORT,fondue_tram:TOUR_TRAM
ifi_feel_like_fonduethen
m:=fondue_tram
else
m:=tram9
end
.
m move(5)
Redefinition:EineKlassekanneingeerbtesFeatureändern.Beispiel:
TOUR_TRAMredefiniertmove.
Polymorphie:mkannzurLaufzeitmehrereFormenhaben.
.
DynamischesBinden:DasResultatvonm movehängtvonderLaufzeitform
vonmab.
50
DynamischesBinden
EsgibtmehrereVersionenvonmove.
*
MOBILE
move*
erbtvon
*
TRANSPORT
move+
PUBLIC_TRANSPORT
TOUR_TRAM
*aufgeschoben
TAXI
move+
move++
51
DenBegriffeinerKlasseerweitern
Abstraktion
Vererbung
WAGEN_
MENGE
Generizität
Typ-Parametrisierung
STADT_
LISTE
Typ-Parametrisierung
WAGEN_
LISTE
PERSONEN_
LISTE
VERKETTETE_WAGEN_
LISTE
Spezialisierung
52
DenBegriffeinerKlasseerweitern
Vererbung
WAGEN_
MENGE
PERSONEN_
MENGE
Generizität
STADT_
LISTE
WAGEN_
LISTE
VERKETTETE_
STADT_LISTE
VERKETTETE_
WAGEN_LISTE
PERSONEN_
LISTE
53
Konformität
Vorherdefiniertfürnicht-generischabgeleiteteTypen:
54
Waswirgesehenhaben
DiefundamentalenO-OMechanismen:
Ø Vererbung
Ø Polymorphie
Ø DynamischesBinden
Ø StatischeTypisierung
Ø Generizität
55
UnserProgrammfürdenzweitenTeil
Repetitionder(eingeschränkter)Generizität
Vererbung:aufgeschobeneKlassen
Vererbung:WaspassiertmitdenVerträgen?
Vererbung:WiekönnenwirdentatsächlichenTypeines
Objektesbestimmen?
NichtindieserStunde,aberspäter:Mehrfachvererbung,
Umbenennungenetc.
56
Generizität(Repetition)
OhneEinschränkung
LIST[G]
e.g.LIST[INTEGER],LIST[PERSON]
Eingeschränkt
HASH_TABLE[G―>HASHABLE]
VECTOR[G―>NUMERIC]
57
EinegenerischeKlasse(Repetition)
FormalergenerischerParameter
classLIST[G]feature
extend(x:G)... last:G... end
UmdieKlassezuverwenden:WirdeinegenerischeAbleitung
benutzt,z.B.
TatsächlichergenerischerParameter
staedte:LIST[STADT]
58
GebrauchgenerischerAbleitungen(Repetition)
staedte:LIST[STADT]
leute:LIST[PERSON]
c:STADT
p:PERSON
...
staedte.extend(c)
leute.extend(p)
c:=staedte.last
STATISCHETYPISIERUNG
FolgendeswirdderCompiler
zurückweisen:
.extend(c)
Ø leute
Ø staedte
.extend(p)
c.stadt_operation
59
Generizität:Zusammenfassung
Ø  MechanismuszurTyperweiterung
Ø  VereintTyp-SicherheitundFlexibilität
Ø  ErmöglichtparametrisierteKlassen
Ø  BesondersnützlichfürContainer-Datenstrukturen,wiez.B.
Listen,Arrays,Bäume,…
Ø  “Typ”istnuneinwenigallgemeinerals„Klasse“
60
Definition:Typ
WirbenutzenTypen,umEntitätenzudeklarieren:
x:SOME_TYPE
MitdembisherigenMechanismusisteinTyp:
Ø  Entwedereinenicht-generischeKlasse,z.B.
STATION
Ø  OdereinegenerischeAbleitung,z.B.derNameeinerKlasse,
gefolgtvoneinerListevonTypen,dietatsächlichen
generischenParameter,inKlammern,z.B.
LIST[STATION]
LIST[ARRAY[STATION]]
61
VererbungundGenerizitätverbinden
Vererbung
WAGEN_
MENGE
PERSONEN_
MENGE
Generizität
STADT_
LISTE
WAGEN_
LISTE
VERKETTETE_
STADT_LISTE
VERKETTETE_
WAGEN_LISTE
PERSONEN_
LISTE
62
Generizität+Vererbung:eingeschränkteGenerizität
classVECTOR[G]feature
plusalias"+"(other:VECTOR[G]):VECTOR[G]
--SummedesaktuellenVektorsundother.
require
lower=other.lower
upper=other.upper
local
a,b,c:G
do
...Siehenachher...
end
…andereFeatures...
end
63
AddierenzweierVektoren
u
+
v
=
w
+
b
=
c
2
i1
a
64
EingeschränkteGenerizität
Rumpfvonplusalias"+":
createResult.make(1,count)
from
i:=1
until
i>count
loop
a:=Current[i]
b:=other[i]
c:=a+b
--Benötigt“+”OperationaufG!
Result [i]:=c
i:=i+1
end
65
DieLösung
DieKlasseVECTORdeklarierenals:
classVECTOR[G–>NUMERIC]feature
...DerRestwiezuvor...
end
DieKlasseNUMERIC(vonderKernel-Bibliothek)enthältdie
Featuresplusalias"+",minusalias"-"etc.
66
DieLösungverbessern
MachensieausVECTORselbsteinNachkommevonNUMERIC:
classVECTOR[G–>NUMERIC]inherit
NUMERIC
feature
...Restwievorher,einschliesslichinfix"+"...
end
DiesermöglichtdiefolgendenDefinitionen:
v:VECTOR[INTEGER]
vv:VECTOR[VECTOR[INTEGER]]
vvv:VECTOR[VECTOR[VECTOR[INTEGER]]]
67
VererbungundGenerizitätverbinden
Vererbung
WAGEN_
MENGE
PERSONEN_
MENGE
Generizität
STADT_
LISTE
WAGEN_
LISTE
VERKETTETE_
STADT_LISTE
VERKETTETE_
WAGEN_LISTE
PERSONEN_
LISTE
68
fleet:LIST[TRANSPORT]
t:TRANSPORT
extend(v:G)
--EinneuesVorkommenvonvhinzufügen.
…
fleet.extend(t)
fleet.extend(tram)
(TAXI)
(PUBLIC_ (TOUR_TRAM)
(PUBLIC_
TRANSPORT) TRANSPORT)
(TAXI)
69
Generizität+Vererbung2:PolymorpheDatenstrukturen
bilder:LIST[FIGURE]
p1,p2:POLYGON
c1,c2:CIRCLE
e:ELLIPSE
classLIST[G]feature
extend(v:G)do…end
last:G
…
end
bilder.extend(p1);bilder.extend(c1);bilder.extend(c2)
bilder.extend(e);bilder.extend(p2)
(POLYGON)
(CIRCLE)
(CIRCLE)
(ELLIPSE)
(POLYGON)
70
Beispielhierarchie
center*
*
OPEN_
FIGURE
display*
rotate*
*
FIGURE
perimeter*
*
CLOSED_
FIGURE
perimeter+
SEGMENT
POLYLINE
*aufgeschoben
+wirksam
++redefiniert
+
ELLIPSE
...
...
perimeter++
perimeter+
+
POLYGON
TRIANGLE
perimeter++
side1
RECTANGLE side2
diagonal
SQUARE
CIRCLE
perimeter++
71
MitpolymorphenDatenstrukturenarbeiten
bilder:LIST[FIGURE]
…
acrossbilderascloop
cl iteml display
end
(POLYGON)
DynamischesBinden
(CIRCLE)
(CIRCLE)
(ELLIPSE)
(POLYGON)
72
Definition(Polymorphie,angepasst)
EineBindung(ZuweisungoderArgumentübergabe)ist
polymorph,fallsihreZielvariableundderQuellausdruck
verschiedeneTypenhaben.
EineEntitätodereinAusdruckistpolymorph,fallssie/er
zurLaufzeit—inFolgeeinerpolymorphenBindung—zu
einemObjekteinesanderenTypsgebundenwerden.
EineContainer-Datenstrukturistpolymorph,fallssie
ReferenzenzuObjektenverschiedenerTypenenthaltenkann.
PolymorphieistdieExistenzdieserMöglichkeiten.
73
DieRollevonaufgeschobenenKlasse
AusdrückenvonabstraktenKonzepten,unabhängigvonder
Implementation.
AusdrückenvongemeinsamenElementenvonmehreren
Implementationen.
Terminologie:wirksam=nichtaufgeschoben
(d.h.vollständigimplementiert)
74
Beispielhierarchie
center*
*
OPEN_
FIGURE
display*
rotate*
*
FIGURE
perimeter*
*
CLOSED_
FIGURE
perimeter+
SEGMENT
POLYLINE
*aufgeschoben
+wirksam
++redefiniert
+
ELLIPSE
...
...
perimeter++
perimeter+
+
POLYGON
TRIANGLE
perimeter++
side1
RECTANGLE side2
diagonal
SQUARE
CIRCLE
perimeter++
75
AufgeschobeneKlasseninEiffelBase
*
CONTAINER
*
*
BOX
*
FINITE
*
BOUNDED
*
COLLECTION
*
*
INFINITE
*
UNBOUNDED
*
BAG
*
COUNTABLE
TRAVERSABLE
*
SET
*
*
TABLE
LINEAR
*
BILINEAR
INTEGER_
INTERVAL
ACTIVE
…
*
*
RESIZABLE
ARRAY
INDEXABLE
STRING
HASH_TABLE
*
DISPENSER
*
STACK
*
…
*
*
CURSOR_
STRUCTURE
*
HIERARCHICAL
SEQUENCE
*
QUEUE
*aufgeschoben
76
EinaufgeschobenesFeature
InITERATION_CURSOR:
forth
require
notafter
deferred
ensure
index=oldindex+1
end
77
AufgeschobeneundwirksameFeaturesmischen
IndergleichenKlasse
wirksam!
search(x:G)
--GehezurerstenPositionnachder
--aktuellen,woxauftritt,oderafter
--fallsesnichtauftritt.
do
fromuntilafterorelseitem=xloop
forth
end
end
aufgeschoben
“ProgrammemitLücken“
78
“Rufensieunsnichtauf,wirrufensieauf!”
EinemächtigeFormvonWiederverwendbarkeit:
Ø 
Ø 
DaswiederverwendbareElementdefiniertein
allgemeinesSchema.
SpezifischeFällefüllendieLückenindiesemSchema
KombiniertWiederverwendungmitAdaption
79
AnwendungvonaufgeschobenenKlassen
AnalyseundEntwurf,vonobennachunten(top-down)
Systematik
GemeinsamesVerhaltenzusammenfassen
80
AufgeschobeneKlasseninEiffelBase
*
CONTAINER
*
*
BOX
*
FINITE
*
BOUNDED
*
COLLECTION
*
*
INFINITE
*
UNBOUNDED
*
BAG
*
COUNTABLE
TRAVERSABLE
*
SET
*
*
TABLE
LINEAR
*
BILINEAR
INTEGER_
INTERVAL
ACTIVE
…
*
*
RESIZABLE
ARRAY
INDEXABLE
STRING
HASH_TABLE
*
DISPENSER
*
STACK
*
…
*
*
CURSOR_
STRUCTURE
*
HIERARCHICAL
SEQUENCE
*
QUEUE
*aufgeschoben
81
EineAnwendung:Undo/Redo
DiesesBeispielnutztwiederummächtigepolymorphe
Datenstrukturen
WirwerdennunnureineSkizzesehen,dieDetailswerdenin
derLektionüberAgentenbesprochen.
Referenzen:
Ø  Kapitel21inObject-OrientedSoftwareConstruction,
PrenticeHall,1997
Ø 
ErichGammaetal.,DesignPatterns,Addison–Wesley,
1995:“Commandpattern”
82
DieProblemstellung
DemBenutzereinesinteraktivenSystemsdieMöglichkeit
geben,dieletzteAktionrückgängigzumachen.
Bekanntals“Control-Z”
SollmehrstufigesrückgängigMachen(“Control-Z”)und
Wiederholen(“Control-Y”)ohneLimitierungunterstützen,
ausserderBenutzergibteinemaximaleTiefean.
83
InunseremBeispiel:EinTexteditor
Begriffder„aktuellenZeile“mitfolgendenBefehlen:
Ø  LöschenderaktuellenZeile
Ø  ErsetzenderaktuellenZeilemiteinerAnderen
Ø  EinfügeneinerZeilevorderaktuellenPosition
Ø  VertauschenderaktuellenZeilemitderNächsten(falls
vorhanden)
Ø  „GlobalesSuchenundErsetzen“(fortanGSE):Jedes
AuftreteneinergewissenZeichenkettedurcheine
andereersetzen.
Ø  ...
DerEinfachheithalbernutzenwireinezeilenorientierte
Ansicht,aberdieDiskussionkannauchaufkompliziertere
Ansichtenangewendetwerden.
84
EineeinfacheLösung
SicherndesgesamtenZustandesvorjederOperation.
ImBeispiel:DerText,derbearbeitetwird
unddieaktuellePositionimText.
WennderBenutzerein„Undo“verlangt,stelledenzuletzt
gesichertenZustandwiederher.
Aber:VerschwendungvonRessource,insbesondere
Speicherplatz.
Intuition:SicherenurdieÄnderungen(diff)zwischenzwei
Zuständen.
85
Die„Geschichte“einerSitzungspeichern
DieGeschichte-Liste:
Einfügen
Einfügen
Löschen
alt
Einfügen Austauschen
amneusten
geschichte:LIST[BEFEHL]
86
Wasistein“Befehl”(Command)-Objekt?
EinBefehl-ObjektbeinhaltetgenügendInformationenüber
eineAusführungeinesBefehlsdurchdenBenutzer,um
Ø  denBefehlauszuführen
Ø  denBefehlrückgängigzumachen
Beispiel:Ineinem“Löschen”-Objektbrauchenwir:
• DiePositionderzulöschendenZeile
• DerInhaltdieserZeile!
87
AllgemeinerBegriffeinesBefehls
deferred class BEFEHL
feature
done:BOOLEAN
--WurdedieserBefehlausgeführt?
execute
--EineAusführungdesBefehlsausführen.
deferred
ensure
already:done
end
undo
--EinefrühereAusführungdesBefehls
--rückgängigmachen
require
already:done
deferred
end
end
88
DieBefehl-Klassenhierarchie
execute*
undo*
+
LÖSCHEN
execute+
undo+
line:STRING
index:INTEGER
*aufgeschoben
*
BEFEHL
+wirksam
+
EINFÜGEN
…
execute+
undo+
index
...
...
89
ZugrundeliegendeKlasse(AusdemGeschäftsmodell)
classEDIT_CONTROLLERfeature
text:LIST[STRING]
position:ITERATION_CURSOR[STRING]
remove
--LöscheZeileanaktuellerPosition.
require
notoff
do
position.remove
end
put_right(line:STRING)
--FügelinenachderaktuellenPositionein.
require
notafter
do
position.put_right(line)
end
...Auch:item,index,go_ith,put_left...
end
90
EineBefehlsklasse(Skizze,ohneVerträge)
classLÖSCHENinheritBEFEHLfeature
controller:EDIT_CONTROLLER
--ZugriffaufdasGeschäftsmodell.
line:STRING
--ZulöschendeZeile.
index:INTEGER
--PositionderzulöschendenZeile.
execute
--LöscheaktuelleZeileundspeicheresie.
do
line:=controller item;index:=controller index
controller remove;done:=True
end
undo
--FügevorhergelöschteZeilewiederein.
do
controller go_i_th(index)
controller put_left(line)
end
end
.
.
.
.
.
91
DieGeschichte-Liste
EinepolymorpheDatenstruktur
Einfügen
Einfügen
Löschen
alt
Einfügen Austauschen
amneusten
geschichte:LIST[BEFEHL]
92
Erinnerung:ListevonFiguren
(POLYGON)
(CIRCLE)
(ELLIPSE)
(CIRCLE)
(POLYGON)
bilder.extend(p1);bilder.extend(c1);bilder.extend(c2)
bilder.extend(e);bilder.extend(p2)
bilder:LIST[FIGURE]
p1,p2:POLYGON
c1,c2:CIRCLE
e:ELLIPSE
classLIST[G]feature
extend(v:G)do…end
last:G
…
end
93
DieGeschichte-Liste
EinepolymorpheDatenstruktur
Einfügen
Einfügen
Löschen
Einfügen Austauschen
alt
amneusten
geschichte:LIST[BEFEHL]
cursor:ITERATION_CURSOR[BEFEHL]
94
EinenBenutzerbefehlausführen
decode_user_request
if“AnfrageistnormalerBefehl”then
“ErzeugeeinBefehlsobjektc,derAnforderungentsprechend”
geschichte extend(c)
c execute
Pseudocode,siehenächste
Implementation
elseif“AnfrageistUNDO”then
.
.
.
ifnotcursor beforethen--IgnoriereüberschüssigeAnfragen
cursor item undo
cursor back Einfügen
Löschen
Einfügen Austauschen
end
elseif“AnfrageistREDO”then
. .
.
.
ifnotcursor is_lastthen–IgnoriereüberschüssigeAnfragen
cursor forth
cursor item execute end
end
.
.
item
.
95
DieBefehl-Klassenhierarchie
execute*
undo*
+
LÖSCHEN
execute+
undo+
line:STRING
index:INTEGER
*aufgeschoben
*
BEFEHL
+wirksam
+
EINFÜGEN
…
execute+
undo+
index
...
...
96
Beispielhierarchie
center*
*
OPEN_
FIGURE
display*
rotate*
*
FIGURE
perimeter*
*
CLOSED_
FIGURE
perimeter+
SEGMENT
POLYLINE
*aufgeschoben
+wirksam
++redefiniert
+
ELLIPSE
...
...
perimeter++
perimeter+
+
POLYGON
TRIANGLE
perimeter++
side1
RECTANGLE side2
diagonal
SQUARE
CIRCLE
perimeter++
97
EinenTyperzwingen:DasProblem
bilder.store(“FN")
...
--ZweiJahrespäter:
bilder:=retrieved(“FN")–Siehenachher
x:=bilder.last
--[1]
print(x.diagonal) --[2]
Wasistdaranfalsch?
Ø FallsxalsRECTANGLEdeklariertist,ist[1]ungültig.
Ø FallsxalsFIGUREdeklariertist,ist[2]ungültig.
98
EinenTyperzwingen:DerObjekt-Test
“Object-TestLocal’”
ZuprüfenderAusdruck
.
ifattached{RECTANGLE}bilder retrieved("FN")asrthen
print(r.diagonal)
--Tuirgendwasmitr,welchesgarantiertnicht
--VoidundvomdynamischenTypRECTANGLEist.
else
end
print("Toobad.")
SCOPEderObject-Local
99
FrühererMechanismus:Zuweisungsversuch
f:FIGURE
r:RECTANGLE
...
bilder.retrieve("FN")
f:=bilder.last
r?=f
ifr/=Voidthen
.
print(r diagonal)
else
print("Toobad.")
end
100
Zuweisungsversuch(veraltetesKonstrukt)
x?=y
mit
x:A
Semantik:
Ø  FallsyaneinObjektgebundenist,dessenTypkonform
zuAist:AusführungeinernormalenReferenzzuweisung.
Ø 
Sonst:MachexVoid.
101
DieJavaund.NETLösung
NurEinfachvererbungfürKlassen
MehrfachvererbungvonSchnittstellen.
EineSchnittstelleentsprichteinervollständigaufgeschobenen
Klasse,ohneImplementationen(ohnedoKlauseln)und
Attribute(undauchohneVerträge).
102
Mehrfachvererbung:Abstraktionenkombinieren
<,<=,
>,>=, COMPARABLE
…
NUMERIC
+,–,
*,/
…
(kommutativer
Ring)
(Totale
Ordnungsrelation)
INTEGER
REAL
STRING
COMPLEX
103
WieschreibenwirCOMPARABLE?
deferredclassCOMPARABLEfeature
lessalias"<"(x:COMPARABLE):BOOLEAN
deferred
end
less_equalalias"<="(x:COMPARABLE):BOOLEAN
do
Result:=(Current<xor(Current=x))
end
greateralias">"(x:COMPARABLE):BOOLEAN
doResult:=(x<Current)end
greater_equalalias">="(x:COMPARABLE):BOOLEAN
doResult:=(x<=Current)end
end
104
AufgeschobeneKlassenvs.Java-Schnittstellen
Schnittstellensind„vollständigaufgeschoben“:
nuraufgeschobeneFeatures
AufgeschobeneKlassenkönnenwirksameFeaturesbeinhalten,
dieaufaufgeschobenezugreifen,wieetwaimCOMPARABLEBeispiel.
FlexiblerMechanismus,umAbstraktionenschrittweisezu
implementieren.
105
AnwendungenvonaufgeschobenenKlassen
Abstraktion
Systematik
AnalyseundEntwurfaufeinerhohenEbene
…
106
Analysis-Beispiel:Fernsehstation
classSCHEDULEfeature
segments:LIST[SEGMENT]
end
Quelle:Object-OrientedSoftware
Construction,2ndedition,PrenticeHall
107
Programme
note
Beschreibung:
“24-StundenTVProgramm”
deferredclassSCHEDULE
feature
segments:LIST[SEGMENT]
--FolgevonSegmenten.
deferred
end
air_time:DATE
--24-Stunden-Periode
--fürdiesesProgramm.
deferred
end
set_air_time(t:DATE)
--ZuweisungdesProgramms,
--daszurZeittausgestrahlt
--wird.
require
t.in_future
deferred
ensure
air_time=t
end
print
--Papier-Ausgabedrucken.
deferred
end
end
108
Segment
note
Beschreibung:"Individuelle
FragmenteeinesProgramms"
deferredclassSEGMENTfeature
schedule:SCHEDULEdeferredend
--Programm,zuwelchemdas
--Segmentgehört.
index:INTEGERdeferredend
--PositiondesSegment
--inseinemProgramm.
starting_time,ending_time:
INTEGERdeferredend
--BeginnundEndeder
--geplantenAusstrahlungszeit.
next:SEGMENTdeferredend
--Segment,dasalsnächstes
--ausgestrahltwird(fallsvorh.).
sponsor:COMPANYdeferredend
--HauptsponsordesSegments.
rating:INTEGERdeferredend
--Einstufung(geeignetfürKinder--
etc.).
…Befehlewie
change_next,set_sponsor,set_rating,
omitted…
Minimum_duration:INTEGER=30
--MinimaleLängedesSegmentes,
--inSekunden.
Maximum_interval:INTEGER=2
--MaximaleZeitzwischenzwei
--aufeinanderfolgenden
--Segmenten,inSekunden.
109
Segment(fortgesetzt)
invariant
.
.
in_list:(1<=index)and(index<=schedule segments count)
.
.
in_schedule:schedule segments item(index)=Current
next_in_list:(next/=Void)implies
.
.
(schedule segments item(index+1)=next)
.
.
no_next_iff_last:(next=Void)=(index=schedule segments count)
non_negative_rating:rating>=0
positive_times:(starting_time>0)and(ending_time>0)
sufficient_duration:
ending_time–starting_time>=Minimum_duration
decent_interval:
(next starting_time)-ending_time<=Maximum_interval
end
.
110
Werbung
note
Beschreibung:
„Werbeblock"
deferredclassCOMMERCIALinherit
SEGMENT
renamesponsorasadvertizerend
feature
primary:PROGRAMdeferred
--Programm,zuwelchemdie
--Werbunggehört.
primary_index:INTEGER
deferred
--Indexvon'primary´.
set_primary(p:PROGRAM)
--Werbungzuphinzufügen.
require
program_exists:p/=Void
same_schedule:
p.schedule=schedule
before:
p.starting_time<=starting_time
deferred
ensure
index_updated:
primary_index=p.index
primary_updated:primary=p
end
111
Werbung(fortgesetzt)
invariant
meaningful_primary_index:primary_index=primary index
primary_before:primary starting_time<=starting_time
acceptable_sponsor:advertizer compatible(primary sponsor)
acceptable_rating:rating<=primary rating
end
.
.
.
.
.
112
Beispiel:ChemischesKraftwerk
deferredclass
VAT
inherit
TANK feature
in_valve,out_valve:VALVE
--FülledenTank.
require
in_valve.open
out_valve.closed
deferred
ensure
in_valve.closed
out_valve.closed
is_full
end
empty,is_full,is_empty,gauge,maximum,...[AndereFeatures]...
invariant
is_full=(gauge>=0.97*maximum)and(gauge<=1.03*maximum)
end
113
VerträgeundVererbung
Problem:WaspassiertbeiVererbungmit
Ø  Klasseninvarianten?
Ø 
Vor-undNachbedingungenvonRoutinen?
114
Invarianten
VererbungsregelfürInvarianten:
Ø  DieInvarianteeinerKlassebeinhaltetautomatischdie
InvariantenallerVorfahren,„ver-und-et“.
Die kumulierten Invarianten sind in der flachen Ansicht und
derSchnittstellen-AnsichtinEiffelstudioersichtlich.
115
VerträgeundVererbung
a1:A
…
a1 r(…)
r
A
C
α
.
ensure
β
KorrekterAufrufinC:
ifa1.αthen
a1.r(...)
require
D
B
r++
r
--Hierista1.βerfüllt.
end
require
γ
ensure
Klientvon
erbtvon
δ
++Redefinition
116
NeudeklarierungsregelfürZusicherungen
WenneineRoutineneudeklariertwird,darfmannur:
Ø  DieVorbedingungbeibehaltenoderschwächen
Ø 
DieNachbedingungbeibehaltenoderstärken
117
NeudeklarierungsregelfürZusicherungeninEiffel
EinesimpleSprachregelgenügt!
RedefinierteVersionendürfenkeineVertragsklauselhaben(Dann
bleibendieZusicherungengleich)oder
requireelsenew_pre
ensurethennew_post
DieresultierendenZusicherungensind:
Ø  original_preconditionornew_pre
Ø  original_postconditionandnew_post
118
Waswirgesehenhaben
AufgeschobeneKlassenundihreRolleinSoftwareanalyseund
–entwurf.
VerträgeundVererbung
Den„tatsächlichen“TypeneinesObjektesherausfinden
119