Algorithmik 1
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Kapitel 3 - Datenstrukturen im objektorientierten Programmieren
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Algorithmik 1
Variablen einfachen Typs
Objekte und Klassen in Java
Klassenhierarchien
Umsetzung von UML-Klassendiagrammen
Andere zusammengesetzte Datentypen
Prof. Dr. Michael Philippsen / Prof. Dr. Herbert Stoyan
Handy aus!
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Informatik 2/8
Programmiersysteme /
Künstliche Intelligenz
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-2
1.5 Programmgesteuerter Rechner (Babbage, 1833)
M. Philippsen
1.6 Von-Neumann-Rechner
Sedezimale Darstellung
„Hex-Dump“
Speicher, konzeptuell
Speicher
EingabeDaten,
Adresse 0
Adresse 4
Verarbeitung
ZwischenErgebnisse
Zustand
Programm
Zustandsübergang :
Überführung des Inhalts des
Speichers (eine oder
mehrere Speicherzellen) in
einen neuen Inhalt durch
Anwendung einer Operation.
Zustand: Momentaner
Inhalt der Speicherzellen
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-3
0100
0100
0100
0100
0100
0100
0101
0101
0100
1101
0011
0001
1100
1000
1100
0000
0011
1110
0100
0100
0100
0101
0100
0100
0101
0100
1001
1000
0101
0000
1001
1001
0000
0101
4D
43
41
4C
48
4C
50
53
4E
49
48
45
50
49
49
50
45
Nur mit Interpretationsvorschrift ist klar, was die Werte im Speicher
bedeuten. Binär codierter Zeichenvorrat, Binärdarstellung von Zahlen aber
auch: „Nummern“ von Maschinenbefehlen Æ nicht „benutzerfreundlich“
Aufgabe: Decodierung mit ASCII-Code
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen / H. Stoyan
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-4
M. Philippsen
3.1 Variablen einfachen Typs
3.1 Variablen einfachen Typs
Eigenschaften einer Speicherzelle:
Ablauf des Zugriffs über den Namen:
y Sie stellt einen Behälter dar, der über eine Adresse angesprochen wird
und einen Inhalt (Wert) aufnimmt.
y Wir sagen: „Die Zelle mit Adresse a hat den Wert w zum Inhalt“.
Abstraktion für den Programmierer: Die Adresse interessiert nicht.
y Verwendung einer die Zelle identifizierenden Zugriffsfunktion: Name.
y Ergebnis der Berechnung der Adresse über die Zugriffsfunktion: Referenz.
Beispiel:
Ausführende
Operation:
1/pi
Name:
pi
Addresse: 003
Wert:
3.141
Referenz von pi
ist die Addresse 003.
Der Wert der
Referenz ist 3.141.
Anderes übliches Wort für Name: Bezeichner
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-5
y Lesend:
Vorgabe des Namens → Beschaffung der Referenz → Zugriff auf den
Behälter → Lieferung des Wertes als Ergebnis
y Schreibend:
Vorgabe des Namens → Beschaffung der Referenz → Zugriff auf den
Behälter → Ersetzen des Wertes
Variablen sind Namen, die lesenden und schreibenden Zugriff
erlauben
Konstanten erlauben nur Lesezugriffe
Beachte: Der schreibende Zugriff hat einen sogenannten Seiteneffekt,
d.i. eine Veränderung des Zustands (im Speicher) des Rechners
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M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-6
M. Philippsen
3.1 Variablen einfachen Typs
3.1 Variablen einfachen Typs
Ein Name ist eine beliebig lange Folge von „Java-Buchstaben“ und
„Java-Ziffern“, beginnend mit einem „Java-Buchstaben“, wobei:
Jede Variable oder Konstante besitzt einen Typ.
y Java-Ziffer = Zahl zwischen 0 und 9
y Java-Buchstabe: Buchstabe aus dem gesamten sog. UnicodeZeichenvorrat, in dem die meisten auf der Welt verwendeten
Schriftzeichen enthalten sind.
y Festlegung des gültigen Wertebereichs
y Festlegung der anwendbaren Grundoperationen (später mehr)
Einfache Typen:
Ein Name darf also nicht mit einer Ziffer beginnen.
Primitiver Typ
Numerischer Typ
Beispiele:
y gültige Bezeichner:
y ungültige Bezeichner:
i3, algo_1, MAX_WERT
1algo, 12HUNDERT, 0nixgut
Ganzzahliger Typ
Gleitkomma-Typ
Wichtig: Groß- und Kleinschreibung wird unterschieden.
Algo1 und algo1 sind also zwei ganz verschiedene Bezeichner.
byte
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-7
char
long
int
short
float
double
boolean
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M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-8
M. Philippsen
3.1 Variablen einfachen Typs
Basistyp
Beschreibung
boolean Wahrheitswert
3.1 Variablen einfachen Typs
restlicher Text muss
exakt wie angegeben im
Programm erscheinen.
<XXX> ist ein Platzhalter;
im Programm zu ersetzen.
Wertebereiche
true, false
Art
Syntaktische Form
Beispiele
byte,
short,
int,
long
vorzeichenbehaftete
Ganzzahlen von 8,
16, 32, 64 Bit Länge.
-27 = -128 ≤ byte ≤ 127 = 27-1
-215 = -32 768 ≤ short ≤ 32 767 = 215-1
-231 = -2 147 483 648 ≤ int ≤ 2 147 483 647 = 231-1
-263 = -9 223 372 036 854 775 808 ≤ long
long ≤ 9 223 372 036 854 775 807 = 263-1
unbenannte Konstante
(Literal)
<Wert>
1, true, 'c'
Variablenvereinbarung
(Deklaration)
<Typ> <Name>;
int a;
float,
double
Gleitpunktzahlen von
32 bzw. 64 Bit gemäß
IEEE 754-1985.
Kleinste float Zahl >0: 1.40239846e-45
Größte float Zahl >0: 3.40282347e+38
Kleinste double Zahl >0: 4.94065645841246544e-324
Größte double Zahl >0: 1.79769313486231570e+308
lesender Zugriff
<Name>
a + 1
schreibender Zugriff
(Zuweisung)
<Name> = <Wert>;
a = 1;
char
Einzelzeichen
Unicode, 16 Bits, http://www.unicode.org
<Wert> kann auch ein zu
berechnender Ausdruck sein.
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Initialwert der Variable
ist typspezifisch. Meist 0.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-9
M. Philippsen
3.1 Variablen einfachen Typs
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-10
M. Philippsen
3.1 Variablen einfachen Typs
Wert von a nach
der Anweisung
Beispiele
Art
Syntaktische Form
Variablenvereinbarung
mit Vorbesetzung
(Deklaration mit
Initialisierung)
Vereinbarung einer
benannten Konstanten
mit Einmaldefinition
Beispiele
//Deklaration
//Initialisierung mit
//Literal 1
1
a = a + 1;
//Inkrementierung
2
a++;
//Inkrementierung
3
<Typ> <Name> = <Wert>; int a = 1;
final <Typ> <Name> =
<Wert>;
final float pi
= 3.14159;
Der Übersetzer stellt
sicher, dass es nur
eine Definition im
Programm gibt.
a;
//Lesezugriff
final int b = a; //Deklaration
//einer Konstanten
float c = 1.0f; //float-Literal
int d, e = 5;
//mehrere Deklarationen
//von einem Typ (d=0,e=5)
Komma vereinfacht
Deklarationsschreibweise
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-11
int a = 1;
später: d bleibt als
lokale Variable
uninitialisiert.
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M. Philippsen / H. Stoyan
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-12
3
3
3
3
Folge der Zugriffsfunktion:
Es wird immer der (einzig
verfügbare) aktuelle Wert
M. Philippsen
gelesen.
3.2 Objekte und Klassen in Java
Objekt
als Komponente
Schnittstelle („interface“)
3.2 Objekte und Klassen in Java
Funktionalität
Gegenstand
der Anschauung
Struktur
Operatorsignaturen
Dienst
Algorithmen und
Datenstrukturen
Klasse („class“)
Objektklasse
als KomponentenBaumuster
Objekt
Ein Objekt besitzt eine eindeutige Identität und einen Zustand,
die zugehörige Klasse „enthält“ Code zur Manipulation des Zustands
Zustand („state“)
y Beschrieben durch einen Verbund von Attributwerten bzw. Daten
y Kann sich im Laufe der Zeit ändern
Verhalten („behavior“)
Attribute
Assoziationen
Operatorimplementierungen
Menge gleichartiger
Gegenstände der
Anschauung
Funktionalität
Struktur
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y Beschrieben durch eine Menge von Handlungsvorschriften zur
Erbringung eines Dienstes durch ein Objekt (Methode)
y Die Ausführung eines Dienstes geschieht nach Mitteilung eines
Ereignisses samt zugehöriger Daten (später werden diese
Methodenparameter genannt) an das Objekt (Botschaft)
y Ausführung eines Dienstes durch Auslösung neuer Ereignisse und evtl.
Rücksendung einer Antwort
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-13
M. Philippsen / H. Stoyan
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-14
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
(Objekt-)Klasse („object class, object type“)
Variablen einfachen Typs
Struktur- und verhaltensäquivalente Objekte werden gemäß
Klassenkonstruktor erzeugt
Die Objekte bilden dann die Ausprägungen bzw. Exemplare dieser
Klasse („instance, class instance“)
class Uhr {
// Attribute
...
// Methoden
...
instance-of
}
y Mit Variablen einfachen Typs wird bei deren Vereinbarung zugleich ein
Behälter für den Wert bereitgestellt (und in Java mit dem Default-Wert für
diesen Typ initialisiert. Später: keine Initialisierung bei lokalen Variablen.)
y Mit Angabe des Namens wird unmittelbar der Wert angesprochen
(Wertsemantik)
a 5
y Mit Objektvariablen wird nur ein Behälter für einen Zeiger auf ein Objekt
des entsprechenden Typs angelegt (Referenzsemantik)
y Der eigentliche Speicherplatz für die Objektinstanz muss dann noch
angelegt werden und ist somit nicht fest angebunden
Objekt nicht zugewiesen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-15
a = 5;
Referenzvariablen
c
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Wert eingebracht z.B. durch int
Objekt
c
Objekt zugewiesen
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M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-16
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
Veranschaulichung
Attribute („attribute, field“)
Wertsemantik
Als Attribute sind Variablen mit Werte- sowie Referenzsemantik
erlaubt.
Gemeinsam stellen sie den Zustand eines Objektes dar.
Behälter
Name
Adresse
a
Zugriffsfunktion
Wert
Wertsemantik
class Uhr {
long minuten;
long stunden;
Referenzsemantik
Name
Behälter
Adresse
Adresse d.
Objekta
Zugriffsfunktion behälters
Behälter
Adresse
TimeZone zeitzone;
Objektwert
}
Über die Darstellung von Referenzen ist dem Programm nichts
bekannt, mit Referenzen kann man nicht rechnen.
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Referenzsemantik
Referenzvariable ist vom Typ TimeZone.
Es können nur Verweise auf TimeZone-Objekte
zugewiesen werden (später genauer).
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-17
M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-18
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
Konstruktoren („constructor“)
Vorbesetzte Attribute und explizite Konstruktoren
Ein Konstruktor erzeugt ein Objekt einer angegebenen Klasse (und
belegt den hierfür nötigen Speicherplatz).
Der Konstruktor einer Klasse trägt den Namen der Klasse.
Falls kein Konstruktor angegeben ist, hat eine Java-Klasse den
impliziten Konstruktor <Klassenname>().
Attribute werden bei
Objekterzeugung mit
dem angegebenen
Wert vorbesetzt
Ein Konstruktor wird mit Hilfe des Operators new aufgerufen.
class Uhr {
long minuten;
long stunden;
TimeZone zeitzone;
}
Erzeugt neue Instanz und
liefert Referenz auf diese
...
Uhr c = new Uhr();
...
Behälter für Referenzvariable
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-19
Impliziter Konstruktor
M. Philippsen
Wenn der implizite
Konstruktor nicht
ausreicht, können
Konstruktoren explizit
programmiert werden:
Hier: ein expliziter
Konstruktor mit
Initialisierungscode
und einem
Eingabeparameter
class Uhr {
long minuten;
long stunden;
TimeZone zeitzone =
new TimeZone("UTC");
final Date herstellungsdatum =
new Date() ;
Uhr (long min) {
stunden = min/60;
//Division ohne Rest (Ganzzahl)
minuten = min%60;
//Modulo-Operation
}
}
//Nächste Vorl. mehr Operationen
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-20
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
Reihenfolge der Konstruktorenaktivierung
Zugriff auf die Attribute (bzw. Variablen) eines Objektes c
Attribute werden bei
Objekterzeugung mit
dem angegebenen
Wert vorbesetzt.
c
d
Expliziter Konstruktor
mit Initialisierungscode
u. Eingabeparameter
class Uhr {
long minuten;
long stunden;
TimeZone zeitzone =
new TimeZone("UTC");
final Date herstellungsdatum =
new Date() ;
Uhr(long min) {
stunden = min / 60;
minuten = min % 60;
}
...
Uhr(long min) {
stunden = min / 60;
minuten = min % 60;
}
...
y im Fall eines Zugriffs von Außen (nicht immer erlaubt): über
c.<variablenname>
}
...
Uhr c = new Uhr(600);
...
c.stunden = ...
...
Uhr c = new Uhr(600);
...
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-21
y im Inneren des Objekts: über den Variablennamen
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M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-22
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
Objektvariable als Referenzvariable (1)
Objektvariable als Referenzvariable (2)
Bei der Vereinbarung von Objektvariablen wird keine Instanz angelegt.
Referenzvariablen ohne zugeordnetes Objekt besitzen die leere
Referenz null, auf die geprüft werden kann.
Referenzvariablen können bei ihrer Vereinbarung oder später
initialisiert werden.
Bei Zuweisung an Referenzvariablen wird der Verweis kopiert, nicht
das Objekt, auf das verwiesen wird.
Uhr c1 = new Uhr(0);
Uhr c2 = new Uhr(0);
Uhr c3 = c2;
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-23
c1
Uhr1 00:00
c2
Uhr2 00:00
c3
Uhr c = null;
...
// Falls Objekt noch nicht erzeugt wurde,
// jetzt Instanz anlegen
if (c == null) {
//Gleichheitstest (==). Nächste Vorlesg.:
c = new Uhr(); //mehr zu Code für Fallunterscheidungen
}
//und andere Ablaufstrukturen
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M. Philippsen / H. Stoyan
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-24
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
Objektvariable als Referenzvariable (3)
Objektvariable als Referenzvariable (4)
Vergleich der Referenzvariablen prüft die Identität und nicht die
Bestandteile (nur die Referenzen).
Referenzkonstanten fixieren den Verweis; das Objekt, auf das
verwiesen wird, kann verändert werden (bei bleibender Identität).
Uhr c1 = new Uhr(0);
Uhr c2 = new Uhr(0);
Uhr c3 = c2;
// c1 == c2 liefert false
// c1.minuten == c2.minuten
//
liefert true
c1
Uhr1 00:00
c2
Uhr2 00:00
// c1 == c2 liefert false
// c1.minuten == c2.minuten
//
liefert true
c3
c3.minuten = c3.minuten + 10;
// c2 == c3 liefert true
// c2.minuten == c3.minuten
//
liefert true
// c1.minuten == c2.minuten
//
liefert false
c1
Uhr1 00:00
c2
Uhr2 00:00
c3
c3.minuten = c3.minuten + 10;
c1
Uhr1 00:00
c2
Uhr2 00:10
c3
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-25
Uhr c1 = new Uhr(0);
Uhr c2 = new Uhr(0);
final Uhr c3 = c2;
// c2 == c3 liefert true
// c2.minuten == c3.minuten
//
liefert true
// c1.minuten == c2.minuten
//
liefert false
c1
Uhr1 00:00
c2
Uhr2 00:10
c3
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M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-26
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.2 Objekte und Klassen in Java
Exkurs: Destruktor („destructor“)
Nicht in Java!
Objektgraph mit unreferenzierten Objekten
Spezielle Methode, die ein Objekt vernichtet, d.h. den belegten
Speicherplatz freigibt.
Fehleranfällig, wenn dieser von Hand im Programmcode aufgerufen
werden muss.
In Java: automatische Speicherbereinigung („garbage collection“):
Entstehung unreferenzierter Objekte:
Uhr c1
Uhr c3 = new Uhr(0); //Uhr-Objekt
//wird erzeugt
c3 = null;
//Uhr-Objekt
//nicht mehr
//erreichbar
Uhr c2
y Der Speicherbereinigung ist ein spezielles Objekt der Laufzeitumgebung
(virtuellen Maschine), das die Objektgraphen im Speicher durchsucht.
y Wird ein Objekt gefunden, das nicht mehr referenziert wird, wird dieses
gelöscht und der von diesem belegte Speicher freigegeben.
Unreferenzierte Objekte gestrichelt
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-27
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen / H. Stoyan
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-28
M. Philippsen
3.2 Objekte und Klassen in Java
3.3 Klassenhierarchien
Klassenattribute („class attribute“)
(Einfach-)vererbung (= Übernahme der Eigenschaften der Oberklasse)
Attribute, die der Klasse als Ganzes zugeordnet sind.
In Java werden diese mit dem Modifikator static eingeleitet.
class Uhr {
static long zaehler = 0;
long
seriennummer;
Uhr() {
seriennummer = zaehler;
zaehler++;
}
}
Uhr c1 = new Uhr();
Uhr c2 = new Uhr();
// c1.seriennummer ist 0
// c2.seriennummer ist 1
Der Zähler ist nicht an ein
einzelnes Objekt
gebunden, sondern an
die Klasse als Ganzes.
Bei jedem Aufruf des
Konstruktors wird der
Zähler inkementiert. Der
aktuelle Stand liefert die
Seriennummer der Uhr.
(Initialisierung mit 0 beim
Laden der Klassendefinition in die JVM.)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-29
Uhr
darstellen()
Generalisierung
Spezialisierung
DigitalUhr
schriftgröße
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-30
3.3 Klassenhierarchien
3.3 Klassenhierarchien
Oberklasse („super class“)
Eine Oberklasse einer Klasse K ist eine aus K unmittelbar oder
mittelbar generalisierte Klasse.
Unterklasse („subclass“)
Eine Unterklasse einer Klasse K ist ein aus K unmittelbar oder
mittelbar spezialisierte Klasse.
Vererbung („inheritance“)
Übernahme aller Eigenschaften (= Attribute und Operationen) der
Oberklasse A durch die Unterklasse B:
Vererbung zwischen Klassen
y Neue Eigenschaften von B werden in B selbst festgelegt.
y Abgeleitete Eigenschaften der Unterklasse B werden von der Oberklasse
A übernommen (Verhaltensgleichheit).
y Überschriebene Eigenschaften können nur Methoden sein. Sie entstehen
wenn in der Unterklasse B eine Methode mit genau der selben Signatur
wie in der Oberklasse A definiert wird (und eine neue Implementierung
bereit gestellt wird) (Spezialisierung im engeren Sinn).
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-31
zifferblattfarbe
13:47
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen
AnalogUhr
Zur Erinnerung: Uhr ist
abstrakte Klasse: UhrObjekte existieren nicht.
M. Philippsen
Einfachvererbung wird zwischen Klassen unterstützt, wobei extends
die Oberklasse angibt:
class AnalogUhr extends Uhr {
...
}
Die Java-Klassenbibliothek definiert die Klasse Object, die
Oberklasse aller Klassen ist.
Vererbung wird in Java durch Ableitung von Eigenschaften realisiert:
y Die Unterklasse übernimmt automatisch die Attribute sowie die
Methodensignaturen und deren Implementierungen von der Oberklasse.
y Später: Bei Spezialisierung durch Überschreiben einer Eigenschaft wird
die Methode in der Unterklasse erneut vereinbart und implementiert.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen / H. Stoyan
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-32
M. Philippsen
3.3 Klassenhierarchien
3.3 Klassenhierarchien
Klassenhierarchie am Beispiel (1)
Klassenhierarchie am Beispiel (2) (siehe Folie 3.22)
Implementierung der Klasse Uhr
Abgeleitete Klasse AnalogUhr
class AnalogUhr extends Uhr {
Color zifferblattfarbe;
AnalogUhr(long min) {
super(min);
}
...
}
abstract class Uhr {
static long zaehler = 0;
long
seriennummer;
long
minuten;
long
stunden;
TimeZone
zeitzone = new TimeZone("UTC");
final Date
herstellungsdatum = new Date();
Abgeleitete Klasse DigitalUhr
Uhr() {
seriennummer = zaehler;
zaehler++;
}
...
Obwohl Uhr eine abstrakte Klasse ist, werden dennoch Variablen
und ein Konstruktor angegeben, der für alle Unterklassen
gemeinsam sinnvoll ist.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen
3.3 Klassenhierarchien
Uhr(…)
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-34
M. Philippsen / H. Stoyan
3.3 Klassenhierarchien
Mehrfachvererbung (= Übernahme der Eigenschaften von mehr als
einer Oberklasse)
Uhr
anzeigen()
DigitalUhr
zifferblattfarbe
AnalogDigitalUhr
anzeigenanordnung
13:47
Verdecken von Variablen
Die in der Unterklasse deklarierten Attribute ergänzen die Attribute
der Oberklasse; sie kommen zusätzlich hinzu.
class Ober {
int a1;
float f1;
}
AnalogUhr
schriftgröße
In Java gibt es keine
Sprachelemente, um
Mehrfachvererbung
direkt auszudrücken!
class Unter extends Ober {
boolean a1; //zusätzliches Attribut
float f2;
//zusätzliches Attribut
}
Eine Unterklasse kann aber auch ein Attribut gleichen Namens aber
anderen Typs deklarieren. In der Unterklasse verdeckt dieses Attribut
dann das Attribut aus der Oberklasse. Zugriff ist aber über „super.“
möglich:
class Unter extends Ober {
...
a1 = ... //spricht Wahrheitswert an
super.a1 = ..//spricht int-Wert an
...
}
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-35
Der Konstruktor ruft einen
Konstruktor der Oberklasse
auf, um die gemeinsamen
Attribute zu initialisieren.
Spezielle Notation für solche
Aufrufe: super(…) statt
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-33
13:47
class DigitalUhr extends Uhr {
int schriftgroesse;
DigitalUhr(long min) {
super(min);
}
...
}
Beide Unterklassen
deklarieren eigene
zusätzliche Attribute.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-36
M. Philippsen
3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
Umsetzung UML in Java
Assoziationen zwischen Klassen der Bibliothek
class Klasse {
// Attribute
Typ1 Attr1 = Anfangswert1;
Typ2 Attr2;
// Konstruktoren
Klasse () {
}
// Methoden, später mehr dazu
void Operation1() {
}
void Operation2(Typ1 Parameter1,
Typ2 Parameter2) {
}
Ergebnistyp1 Operation3() {
}
}
Klasse
Attr1 : Typ1 = Anfangswert1
Attr2 : Typ2
Klasse()
Operation1()
Operation2(Parameter1:Typ1,
Parameter2:Typ2)
Operation3 : Ergebnistyp1
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Assoziationsname
Exemplar
Leserichtung
ist Exemplar von
Buch
ist vorhanden als
Assoziationsname in umgekehrter Leserichtung
entleiht
gibt zurück
Bibliotheksmitglied
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-37
M. Philippsen
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-38
M. Philippsen
3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
Assoziationen zwischen Klassen der Bibliothek
Weiterer Eigenschaften von Assoziationen
Exemplar
entleiht
class Exemplar {
...
}
class Bibliotheksmitglied {
Exemplar entliehenesExemplar;//unzureichend
// Exemplar zurückgegebenesExemplar;
}
gibt zurück
Referenz ist Zeiger auf Exemplar, gemäß
Leserichtung der Assoziation.
Bibliotheksmitglied
Beachte Kardinalitäten: Ein Bibliotheksmitglied kann
mehrere Exemplare ausleihen. Eine Referenz zeigt
aber nur auf ein Exemplar.
Beachte: Bei dieser Modellierung gibt es keine Referenz vom Exemplar auf
das ausleihende Bibliotheksmitglied.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-39
berichtet an
{Vorgesetzter.Gehalt >
Untergebener.Gehalt}
Untergebener
Mitarbeiter
Vorgesetzter
class Mitarbeiter {
Mitarbeiter Vorgesetzer;
Mitarbeiter Untergebene; //unzureichend
}
Beachte: Restriktionen können nicht in der Datenstruktur repräsentiert werden,
sondern müssen auf andere Weise sichergestellt werden (Methoden, Fehlermeldungen, …)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-40
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3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
Restriktionen:
Assoziationsklasse („association class“)
Exemplar ist entweder Buch oder Zeitschrift
Exemplar
1..* ist Exemplar von
1
1..* is
{xor}
t Ex
emp
lar v
on
Exemplar
Buch
1..*ist Exemplar von
Zeitschrift
class Exemplar {
Buch buchInformationen;
Date kaufdatum;
}
class Exemplar {
Buch
buchInformationen;
Zeitschrift zeitschriftInformationen;
}
Bei 1:n-Beziehungen können die
Attribute der Assoziationsklasse
Auf die „Seite der n“ gezogen werden.
Beachte: Restriktionen können nicht in der Datenstruktur repräsentiert werden,
sondern müssen auf andere Weise sichergestellt werden (Methoden, Fehlermeldungen, …)
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3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
Buch
1
0..1
entleiht
Ein Mitglied darf
von einem Buch
nur 1 Exemplar
ausleihen!
Bibliotheksmitglied
class Leihe {
Zeit dauer;
Exemplar ex;
Bibliotheksmitglied person;
Buch buchInformationen;
//unzureichend
}
Modellierte Regel lässt sich nicht unmittelbar mit Klassen
und Referenzen alleine darstellen.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-43
Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-42
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3.4 Umsetzung von UML-Klassendiagrammen in Java
Mehrstellige Assoziationen („n-ary association“) setzen Objekte von
mehr als zwei Klassen zueinander in Beziehung.
Dauer: Zeit
Bei n:m-Beziehungen muss eine neue
Klasse für die Assoziation eingeführt werden.
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-41
0..1
Buch
Kaufdatum
1
Exemplar
1
Abschnitt
*
*
Text
Kapitel
Autor
Anzahl Seiten
*
1 Buch
Titel
Verlag
Eine Aggregation („aggregation“) ist eine spezielle Form einer Assoziation, die
eine ist-Teil-von-Beziehung zwischen einem Ganzen und dessen
Bestandteilen ausgedrückt. Sie wird durch eine leere Raute beim Ganzen am
Ende der Assoziation dargestellt.
Æ
Referenz auf die enthaltende(n) Komponente(n), ggf. null
Referenz auf die enthaltene(n) Komponente(n), ggf. null
Eine Komposition („composition, composite aggregation“) ist eine
Aggregation, bei der ein Bestandteil genau zu einem Ganzen gehört und nicht
ohne das Ganze existieren kann. Dargestellt wird die Komposition durch eine
gefüllte Raute.
Æ
Referenz auf die enthaltende(n) Komponente(n), nicht null
nicht in Datenstruktur festschreibbar.
Referenz auf die enthaltene(n) Komponente(n), ggf. null
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-44
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3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
Alle Programmiersprachen bieten neben primitiven Typen auch
zusammengesetzte Typen an.
Zeichenfolgen
y Zeichenfolgen („dies ist eine Zeichenfolge“)
y Verbunde
y Reihungen
Einzelzeichen des Unicodes werden in Java durch einzelnen
Anführungszeichen abgegrenzt:
y char Einzelzeichen = 'x';
In Java sind alle zusammengesetzten Typen einheitlich durch
Klassen realisiert.
Für Zeichenfolgen und Reihungen gibt es in Java (und in den
meisten Programmiersprachen) eine besondere Notation, die sich
prinzipiell auf die Klassen-Notation zurückführen lässt.
Zeichenfolgen werden durch (doppelte) Gänsefüßchen abgegrenzt:
y ""
y "hello"
//leere Zeichenfolge
//normale Zeichenfolge
Es gibt spezielle Operatoren für diesen zusammengesetzten
Datentyp:
y Konkatenation:
"hello "+"students"
y Zeichenfolgenvergl. "hello "+"students" == "hello students"
Zeichenfolgen sind Objekte der bereits im Sprachumfang
vereinbarten Klasse String (genauer: java.lang.String)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-45
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3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
Spezialzeichen
Reihung („array“) = geordnete Menge typgleicher Variablen.
Für manche Zeichen des Unicodes gibt es besondere Schreibweisen.
Vereinbarung: <Typ> [] <Name>
Spezialzeichen
Unicode
Ersatzdarstellung
Rückschritt („backspace")
horizontaler Tabulator („TAB“)
neue Zeile („line feed")
Seitenvorschub („form feed“)
Wagenrücklauf („carriage return“)
doppeltes Anführungszeichen
einfaches Anführungszeichen
Rückstrich („backslash“)
\u0008
\u0009
\u000a
\u000c
\u000d
\u0022
\u0027
\u005c
\b
\t
\n
\f
\r
\"
\‘
\\
Siehe ASCII-Tabelle, Abschnitt 1.1
Die Größe (= Anzahl der Elemente) wird bei Erzeugung des Arrays
festgelegt, kann dann aber nicht mehr geändert werden.
Die Erzeugung kann bei oder nach der Variablendeklaration
stattfinden.
y Beispiel für die Erzeugung eines int-Arrays der Größe 10:
int[] ai;
//ai ist noch null-Referenz
ai = new int[10]; //ai ist initialisiert
oder:
Escape-Zeichen
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y Beispiele: int[] ai;
int[] ai = new int[10];
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3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
Reihungen sind Objekte einer bereits im Sprachumfang vereinbarten
(anonymen) Klasse. Im Unterschied zu Objekten, die der
Programmierer anlegt, gibt es zusätzliche sprachliche Möglichkeiten
für Zugriffe auf die Variablen von Reihungsobjekten.
Beispiel
y Im Attribut length eines Reihungsobjekts kann die Größe der erzeugten
Reihung abgelesen werden.
y Beispiel:
ai.length == 10
// liefert (nach der
// Erzeugung von oben) true
Das erste Array-Element
hat den Index 0!
Uhr[] uhren_liste = new Uhr[5];
uhren_liste[0] = new AnalogUhr();
uhren_liste[1] = new DigitalUhr();
// 5 Uhren
int l = uhren_liste.length;
// l ist 5
Nach der Erzeugung gibt es Zugriffsfunktionen („Namen“) für jedes Element
der Reihung: ai[0], ai[1], ... , ai[ai.length-1]
y Beispiel Zugriffe:
ai[1] = ai[3 + 1];
// Schreibt 2. Array-Element (Nr.1)
// und liest 5. Array Element (Nr.4)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-49
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-50
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3.5 Andere Zusammengesetzte Datentypen
3.5 Andere Zusammengesetzte Datentypen
Mehrdimensionale Reihungen:
Mehrdimensionale Reihungen
Der Typ eines Arrays kann beliebig sein (Klasse, primitiver Typ oder
wiederum ein Array-Typ).
Daher sind mehr-dimensionale Arrays möglich:
gibt es in den meisten Programmiersprachen.
Aber meistens nicht als Reihungen von Reihungen, sondern als
„rechteckige“ mehrdimensionale Datenfelder.
int[][] aai;
Exemplar[] geliehen;
// Array aus int-Arrays
// Array aus Objektreferenzen
Auch im mehrdimensionalen Fall müssen die Arrays jeweils einzeln
erzeugt werden:
aai = new int[2][]; //
//
aai[0] = new int[1]; //
//
aai[1] = new int[2]; //
//
Erzeuge Array zur
Speicherung von 2 int-Arrays
Erzeuge erstes intArray der Länge 1
Erzeuge zweites Array
der Länge 2
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y Mehrdimensionales Datenfeld (C, C++, Fortran, ...)
…
Bei linearer Abbildung in den HauptSpeicher kann aus dem Index (i,j) und
dem Platzbedarf des Grundtyps die
Speicheradresse ermittelt werden.
y Reihung von Reihung (Java)
Nicht-“rechteckige“ mehrdimensionale
Reihungen sind möglich (fehlende Zeilen,
doppelt genutzte Zeilen, unterschiedlich
lange Zeilen)
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Algorithmik 1, WS 2004/05, Folie 3-52
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3.5 Andere zusammengesetzte Datentypen
Mehr über Reihungen:
Bei der Erzeugung dürfen die Array-Größen aus Ausdrücken
berechnet werden:
int a = b = 10;
Exemplar[] geliehen = new Exemplar[a + b];
Es sind auch direkte Array-Initialisierungen möglich:
int[] quadrat = {1, 4, 9, 16, 25, 36, 49};
int[][] aai = { { 1, 2 }, { 3, 4 } };
Bei nicht initialisierten Arrays werden die Elemente implizit auf
Standardwerte gesetzt:
y 0 bei int, short, byte, float, double
y false bei boolean
y null bei Referenzen
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