Einführung in die objektorientierte Programmierung

Einführung in die objektorientierte
Programmierung (OOP)
Prof. Dr. rer. nat. habil. Uwe Aßmann
Lehrstuhl Softwaretechnologie
Fakultät für Informatik
TU Dresden
Version 06-1.0, Oct 17, 2006
Softwaretechnologie, © Prof. Uwe Aßmann
1
Obligatorische Literatur
►
►
►
Zuser Kap 7, Anhang A
Störrle, einleitende Kapitel
Balzert, Kap. 2
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
2
Weitere Literatur
►
►
►
UML 2.0 report. Object Management Group (OMG). http://www.omg.org/uml
I. Jacobsen, G. Booch, J. Rumbaugh. The Unified Software Development
Process. Addison-Wesley. Der “united process (UP)” von den “3 amigos”.
Eine Tour durch OOD, von OOA zu OOP.
J. Rumbaugh et. al. Unified Modeling Language Reference Handbook.
Addison-Wesley. Schöne UML-Referenz.
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3
Ziele
►
►
Objekte verstehen als identitätstragende Entitäten mit Methoden und Zustand
Klassen als Modellierungskonzepte verstehen
■
►
Mengen-, Schablonensemantik
Verstehen, wie Objekte und Klassen im Speicher dargestellt werden
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4
Gliederung
►
►
►
Objekte
Klassen
Allgemeines über Objektorientierte Programmierung
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
5
Objekte: Die Idee
Softwaretechnologie, © Prof. Uwe Aßmann
6
Modeling the Real World
Car
...
1
4
Wheel
Engine
2
Side-wheels
Objektorientierte Entwicklung modelliert die reale Welt, um sie im Rechner
zu simulieren
Herkunft: Simula 1967 (Nygaard, Dahl). Ziel: technische Systeme simulieren
Frage: Worauf muss man besonders achten?
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7
Die zentralen Fragen
Wie können wir die Welt möglichst einfach beschreiben?
Wie können wir die Beschreibung im Computer realisieren?
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8
Verschiedene Antworten
►
Funktionale Sprachen (wie Haskell, ML)
■
►
Imperative modulare Sprachen (wie Modula, C, Ada 83)
■
■
►
Funktionen berechnen Werte und Record mit Zustand
Statische Aufrufbeziehungen
Objektorientierte Sprachen (wie C++, Java, C#, Ada95)
■
■
►
Funktionen berechnen Werte ohne Zustand
Funktionen berechnen Werte und Objekte mit Zustand
Dynamisch veränderliche Aufrufbeziehungen
Logische Sprachen (Prolog, Datalog, OWL)
■
■
■
Prädikate beschreiben Aussagen (Wahrheiten)
Deklarative Logik beschreibt inferierbares Wissen auf einer Faktenbasis
Kein expliziter Steuer- oder Datenfluß, ist implizit
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9
Die Welt einfach modellieren
Die Antwort der Objektorientierung:
durch Software-Objekte
Identifikation von Objekten in Systemen
Kapselung von Funktionen in Objekten
(Verantwortungsbereiche)
Klare Schnittstellen zwischen Teilsystemen
(Benutzungsprotokolle zwischen Objekten)
Verschiedene Abstraktionsebenen
(Hierarchie)
Vorgefertigte Teile - Wiederverwendung
(Baukastenprinzip, Rahmenwerke)
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10
Objekte
►
►
►
►
Wie ist das Objekt bezeichnet (Name)?
Wie verhält es sich zu seiner Umgebung?
Welche Informationen sind „Privatsache“ des Objekts?
Ein System besteht aus vielen Objekten.
Identität:
„DD-0X5A“
Verhalten:
„gelbes Licht“
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Zustand:
Normalbetrieb
11
Grundkonzepte der Objektorientierung
►
►
►
Ein Objekt hat ein definiertes Verhalten.
■
Menge genau definierter Operationen
■
Operation wird beim Empfang einer Nachricht ausgeführt.
■
Operationen drücken die Zuständigkeit eines Objektes für gewisse Aufgaben
des Systems aus
Ein Objekt hat einen inneren Zustand.
■
Ausgedrückt durch sog. Attribute, die Werte annehmen können
■
Resultat einer Operation hängt vom aktuellen Zustand ab
Ein Objekt besteht also aus einer Menge von Funktionen auf einem
Zustand
■
Objekte gruppieren Operationen, die über einen Zustand kommunizieren
Objekt zur Repräsentation
einer Ampel
DD-0X5A: Ampel
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Objekt zur Repräsentation
eines Termins
12. Abteilungsrunde
12
Grundkonzepte der Objektorientierung
►
►
Ein Objekt hat eine eindeutige Identität (Schlüssel, key, object identifier)
■
Die Identität ist unabhängig von anderen Eigenschaften.
■
Es können mehrere verschiedene Objekte mit identischem Verhalten und
identischem inneren Zustand im gleichen System existieren.
Ein Objekt verwaltet ein Geheimnis (Geheimnisprinzip, Kapselung des
Zustandes)
■
■
►
Zustand des Objekts ist Privatsache
Zustand wird nach aussenhin verborgen; niemand kann sich Annahmen auf den
Zustand machen, ausser denen, die das Objekte freiwillig angibt
Ein Objekt lebt in einem Objektnetz (Noone is an island)
■
Objekte müssen zu Objektnetzen verknüpft werden
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13
Unified Modeling Language UML
OOD
Booch
Ca. 1990:
OOSE
Jacobson
...
OMT
Rumbaugh et al.
1995:
Booch / Rumbaugh / Jacobson
1997:
1999:
2001:
UML 1.1
UML 1.3
UML 1.4
2002: UML 1.4.1
2004: UML 2.0
►
UML ist eine Notation der 2. Generation für objektorientierte Modellierung
►
UML ist Industriestandard der OMG (Object Management Group)
►
http://www.omg.org/uml
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14
Wie sieht ein Objekt in UML aus?
►
►
Bsp.: Eine Einkommenssteuererklärung wird von einem Steuerzahler
ausgefüllt. Sie wird zuerst mit Standardwerten initialisiert, dann in Iterationen
ausgefüllt: abgespeichert und wiedergelesen. Zuletzt wird sie beim Finanzamt
eingereicht.
Die Werte aller Attribute bildet den Objektzustand
Identität
st:Steuererklärung
number:int = 1
iteration:int = 5
fin:Finanzamt
name:String = „Dresden I“
submit()
create()
store()
reread()
Zustand
zahler:Steuerzahler
name:String = „Leo Rott“
maritalStatus:String = „verh“
Funktionen
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pay()
15
Wie sieht ein Objekt in UML aus?
►
►
Attribute und/oder Methoden können weggelassen sein
Objekte können anonym sein oder einen Variablennamen (Identifikator)
tragen
anonym
:Finanzamt
submit()
:Steuererklärung
number:int = 1
iteration:int = 5
benamt
sandra:Steuerzahler
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16
Wie sieht ein Objekt im Speicher aus?
(vereinfacht)
►
Der Speicher setzt sich zusammen aus
■
■
■
■
Halde (heap, dynamisch wachsender Objektspeicher)
Keller (stack, Laufzeitkeller für Methoden und ihre Variablen)
Symboltabelle (symbol table, statisch, enthält alle Zeichenketten (Strings))
Code-Speicher für Methoden (statisch)
Halde
(Objektspeicher)
Keller
100
104
:Steuerzahler
108
112
116
Stringspeicher
(Symboltabelle)
Code-Speicher
(Methoden)
Leo Rott
verh
pay() {
....
}
create() { .. }
store() { .. }
reread() { .. }
:Steuererklärung
120
124
128
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17
Wie sieht ein Objekt im Speicher aus?
(vereinfacht)
►
Die Halde wächst dynamisch mit wachsender Menge von Objekten
■
verschiedene Lebenszeiten
Halde
(Objektspeicher)
:Steuerzahler
100 name:String
Stringspeicher
(Symboltabelle)
Leo Rott
verh
104 maritalStatus:String
108 pay()
112 number:int = 1
116 iteration:int = 5
120 create()
124 store()
128 reread()
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Code-Speicher
(Methoden)
:Steuererklärung
pay() {
....
}
create() { .. }
store() { .. }
reread() { .. }
new() { .. }
18
Objekterzeugung (Allokation)
►
Eine Methode im Code-Speicher spielt eine besondere Rolle: der Allokator
new()
■
Erzeugt in der Halde ein neues Objekt, mit
.
Platz für die Attribute. Der Allokator arbeitet spezifisch für den Typ eines
Objekts und kennt die Platzbedarf eines Objekts
.
Platz für die Zeiger auf die Methoden
.
Initialisierung: Der Allokator erhält die Initialwerte von Attributen als Parameter
In Java:
zahler2 = new Steuerzahler(“Sandra Klug”, “ledig”);
►
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19
Was passiert bei der Objekterzeugung
im Speicher?
zahler2 = new Steuerzahler(“Sandra Klug”, “ledig”);
Stringspeicher
(Symboltabelle)
Halde
(Objektspeicher)
Leo Rott
verh
Sandra Klug
ledig
100 name:String
104 maritalStatus:String
108 pay()
Code-Speicher
(Methoden)
112 number:int = 1
pay() {
....
}
create() { .. }
store() { .. }
reread() { .. }
new() { .. }
116 iteration:int = 5
120 create()
124 store()
128 reread()
132 name:String
Neu
136 maritalStatus:String
140 pay()
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:Steuerzahler
20
Allokation und Aufruf eines Objektes in
Java
►
Objekte durchlaufen im Laufe ihres Lebens viele Zustandsveränderungen, die
durch Aufrufe verursacht werden
// Typical life of a young man
juri = new Man();
// Allokation: lege Objekt im Speicher an
while (true) {
juri.cry();
// Yields: juri.state == crying
juri.drink();
// Yields: juri.state == drinking
juri.sleep();
// Yields: juri.state == sleeping
juri.fillDiapers(); // Yields: juri.state == fillingDiapers
}
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21
Zustandsänderungen im Ablauf eines
Java-Programms
class Clock {
int hours, minutes;
public void tick() {
minutes++; if (minutes == 60) { minutes = 0; hours++;
public void tickHour() {
for (int i = 1; i<= 60; i++) {
tick(i);
// object calls itself
}
}
public void reset() { hours = 0; minutes = 0; }
public void set(int h, int m) { hours = h; minutes = m;
}
...
Clock cl1 = new Clock();
// cl1.hours == cl1.minutes ==
cl1.reset();
// cl1.hours == cl1.minutes ==
Clock cl2 = new Clock();
// cl2.hours == cl2.minutes ==
cl2.reset();
// cl2.hours == cl2.minutes ==
cl1.set(3,59);
// cl1.hours == 3; cl1.minutes
cl1.tick();
// cl1.hours == 4; cl1.minutes
cl1 = null;
// object cl1 is dead
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} }
}
undef
0
undef
0
== 59
== 0
22
Allokation, Aufruf und Deallokation
einer Steuererklärung in Java
►
Ein Codemuster ist ein Lösungsschema für wiederkehrende
Programmierprobleme
erkl = new Einkommensteuererklärung();
// Allokation: lege Objekt im Speicher an
erkl.initialize();
Codemuster (Idiom)
// fill with default values
FirstIteration
boolean firstIteration = true;
while (true) {
if (firstIteration) {
firstIteration = false;
} else {
erkl.rereadFromStore(); // Read last state
}
erkl.edit();
// Yields: erkl.state == editing
erkl.store();
// Yields: erkl.state == stored
}
erkl.shipToTaxOffice();
erkl = null;
// object dies
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23
Was können Objekte darstellen?
►
Simulierte reale Objekte der realen Welt (der Anwendungsdomäne)
■
►
Simulierte abstrakte Dinge (Anwendungsobjekte, fachliche Objekte,
Geschäftsobjekte, business objects)
■
►
Rechnungen, Löhne, Steuererklärungen, Buchungen, etc.
Konzepte und Begriffe
■
►
Autos, Menschen, Häuser, Maschinen, Weine, Steuerzahler, etc.
Farben, Geschmack, Regionen, politische Einstellungen, etc.
Handlungen. Objekte können auch Aktionen darstellen (Reifikation,
reification).
■
■
Entspricht der Substantivierung eines Verbs
sog. Kommandoobjekte, wie Editieren, Drucken, Zeichnen, etc.
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24
Objektnetze
►
Objekte existieren selten alleine; sie müssen zu Objektnetzen verflochten
werden
■
Ein Link von einem Objekt zum nächsten heisst Assoziation. Gerichtete
Assoziationen heissen auch Referenzen
class TwinClock {
TwinClock twin;
public void tick() { minutes++;
if (minutes == 60) { minutes = 0; hours++; }
twin.tick();
}
void setTwin(TwinClock t) { twin = t; }
}
...
TwinClock cl1 = new TwinClock();
// cl1.twin == undefined
TwinClock cl2 = new TwinClock();
// cl2.twin == undefined
cl1.setTwin(cl2);
// cl1.twin == cl2
cl2.setTwin(cl1);
// cl2.twin == cl1
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cl1:Clock
twin:Clock=cl2
tick()
setTwin(t:Clock)
cl2:Clock
twin:Clock=cl1
tick()
25
setTwin(t:Clock)
Objektwertige Attribute in Objektnetzen
►
►
... können als Objektnetze in UML dargestellt werden
In Java werden also Referenzen durch Attribute mit dem Typ eines Objekts
(also kein Basistyp wie int); in UML durch Pfeile
cl1:Clock
cl1:Clock
twin:Clock=cl2
tick()
setTwin(t:Clock)
tick()
setTwin(t:Clock)
twin
twin
cl2:Clock
cl2:Clock
twin:Clock=cl1
tick()
setTwin(t:Clock)
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
tick()
setTwin(t:Clock)
26
Phasen eines objektorientierten
Programms
►
Die folgende Phasengliederung ist als Anhaltspunkt zu verstehen; oft werden
einzelne Phasen weggelassen oder in der Reihenfolge verändert
Aufbauphase
Allokation von Objekten im Speicher
Initialisierung
Vernetzung der Objekte (Aufbau des Objektnetzes)
Arbeitsphase: die Objekte arbeiten zusammen, um das Ziel zu erreichen
Umbauphase: Rekonfiguriere das Objektnetz
Abbauphase
Abbau des Objektnetzes
Abfallsammlung auf der Halde (garbage collection, in Java autom.)
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27
Phasen eines objektorientierten
Programms
class Clock { // assume a combination of previous Clock and TwinClock
public void tick() { .. }
public void tickHour() { .. }
public void setTwin(Clock c) { .. }
public void reset() { .. }
public void set(int h, int m) { .. }
Allokation
}
...
Clock cl1 = new Clock(); // cl1.hours == cl1.minutes == undefined
Clock cl2 = new Clock(); // cl2.hours == cl2.minutes == undefined
Initialisierung
cl1.reset();
// cl1.hours == cl1.minutes == 0
cl2.reset();
// cl2.hours == cl2.minutes == 0
Vernetzung
cl1.setTwin(cl2);
cl2.setTwin(cl1);
// cl1.twin == cl2
// cl2.twin == cl1
cl1.set(3,59);
cl1.tick();
// cl1.hours == 3; cl1.minutes == 59
// cl1.hours == 4; cl1.minutes == 0
cl1 = null;
cl2 = null;
// object cl1 is dead
// object cl2 is dead
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Arbeitsphase
Abbauphase
28
Klassen
Softwaretechnologie, © Prof. Uwe Aßmann
29
Klasse und Objekt
►
Ein weiterer Grundbegriff der Objektorientierung ist der der Klasse.
►
Fragen: Welcher Begriff beschreibt das Objekt?
■
■
■
Welchen Typ hat das Objekt?
In welche Klasse einer Klassifikation fällt das Objekt?
Zu welcher Menge gehört das Objekt?
Klasse:
„Ampel“
Objekt:
„DD-0X5A“
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
30
Beispiel: Ampel-Klasse und AmpelObjekte
DD-0Y3C:Ampel
DD-0X5B:Ampel
DD-0X5A:Ampel
<<instance-of>>
<<instance-of>>
<<instance-of>>
Ampel
Instanz einer Klasse
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
31
Klassen als Begriffe, Mengen und
Schablonen
►
Begriffsorientierte Sicht:
■
►
Mengenorientierte Sicht:
■
■
►
Eine Klasse stellt einen Begriff dar. Dann charakterisiert die Klasse eine Menge
von Objekten
Eine Klasse enthält eine Menge von Objekten
Eine Klasse abstrahiert eine Menge von Objekten
Schablonenorientierte (ähnlichkeitsorientierte) Sicht:
■
■
■
■
Eine Klasse bildet eine Äquivalenzklasse für eine Menge von Objekten
.
Natürlich ist eine Äquivalenzklasse eine spezielle Menge
Die Klasse schreibt das Verhaltensschema und die innere Struktur ihrer Objekte
vor (Äquivalenz)
Eine Klasse enthält einen speziellen Repräsentanten, ein spezielles Objekt, ein
Schablonenobjekt (Prototyp) für ihre Objekte.
Ein Objekt wird aus einer Klasse erzeugt (Objektallokation),
.
in dem der Prototyp in einen neuen, freien Speicherbereich kopiert wird.
.
Damit erbt das neue Objekt das Verhalten der Klasse (die Operationen) und
die Attribute des Prototyps (meistens Nullwerte wie 0 oder null)
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32
Merkmale von Klassen und Objekten
►
Eine Klasse hat Merkmale (features, in Java: members), die sie auf die
Objekte überträgt.
■
■
■
►
Damit haben alle Objekte der Klasse die gleichen Merkmale
Attribute (attributes, Daten). Attribute haben in einem Objekt einen
objektspezifischen Wert.
.
Die Werte bilden in ihrer Gesamtheit den Zustand des Objektes, der sich über
der Zeit ändert.
Operationen (Methoden, Funktionen, Prozeduren, functions, methods).
Prozeduren, die den Zustand des Objektes abfragen oder verändern können.
Diese Merkmale sind für alle Objekte einer Klasse gleich.
Da ein Objekt aus der Schablone der Klasse erzeugt wird, sind anfänglich die
Werte seiner Attribute die des Klassenprototyps. Durch Ausführung von
Methoden ändert sich jedoch der Zustand, d.h., die Attributwerte.
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33
Arten von Methoden
►
Zustandsinvariante Methoden:
■
■
►
Anfragen (queries, Testbefehle). Diese Prozeduren geben über den Zustand des
Objektes Auskunft, verändern den Zustand aber nicht.
Prüfer (checker, Prüfbefehle). Diese Prozeduren liefern einen booleschen Wert.
Sie prüfen eine Konsistenzbedingung (Integritätsbedingung, integrity constraint)
auf dem Objekt, verändern den Zustand aber nicht.
Zustandsverändernde Methoden:
■
■
■
Modifikatoren
.
Attributmodifikatoren ändern den (lokalen) Zustand des Objekts
.
Vernetzungsmodifikatoren ändern die Vernetzung des Objektes
Repräsentationswechsler (representation changers) transportieren das Objekt
in eine andere Repräsentation
.
z.B. drucken den Zustand des Objekts in einen String, auf eine Datei oder auf
einen Datenstrom.
Allgemeine Methoden.
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34
Klasse als Venn-Diagramm
(Mengenorientierte Sicht)
►
►
Instanzen werden durch Enthaltensein ausgedrückt
Merke die Verbindung zu Datenbanken:
■
■
Objekte entsprechen Tupeln mit eindeutigem Identifikator (OID, surrogate)
Klassen entsprechen Relationen mit Identifikator-Attribut
Ampel
DD-0X5A:Ampel
DD-0Y3C:Ampel
DD-0X5B:Ampel
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35
Beispiel als Venn-Diagramm
Professor
Student
Schill:Professor
Schneider:Student
Aßmann:Professor
Müller:Student
Härtig:Professor
Weckermann:Student
Klassen-Instanzbeziehung wird durch Enthaltensein ausgedrückt
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36
Klasse in ähnlichkeitsorientierter Sicht
Professoren und Studenten
Professor
Student
giveLecture()
eat()
drink()
work()
sleep()
getName()
visitLecture()
eat()
drinkBeer()
work()
sleep()
getName()
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37
Klasse in ähnlichkeitsorientierter Sicht
►
►
Instanzen werden durch Assoziationen ausgedrückt
created-from ist die inverse Relation zu instance-of
DD-0X5A:Ampel
DD-0Y3C:Ampel
<<instance-of>>
<<created-from>>
<<created-from>>
<<instance-of>>
Ampel
<<created-from>>
DD-0X5B:Ampel
<<instance-of>>
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38
Wie sieht eine Klasse im Speicher
aus?
►
►
Um die 3 unterschiedlichen Sichtweisen auf Klassen zusammen behandeln
zu können, gehen wir im Folgenden von folgenden Annahmen aus:
Jede Klasse hat ein Prototyp-Objekt (eine Schablone)
■
►
Der Prototyp wird vor Ausführung des Programms angelegt (im statischen
Speicher) und besitzt
.
eine Tabelle mit Methodenadressen im Codespeicher (die Methodentabelle).
Der Aufruf einer Methode erfolgt immer über die Methodentabelle des
Prototyps
.
Eine Menge von Attributwerten (Klassenattribute)
und einen Objekt-Extent (Objektmenge), eine Menge von Objekten
(vereinfacht als Liste realisiert), die alle Objekte der Klasse erreichbar macht
■
In einer Datenbank entspricht der Objekt-Extent der Relation, die Klasse dem
Schema
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39
Wie erzeugt man ein Objekt für eine
Klasse? (Verfeinerung)
►
zahler2 = new Steuerzahler(“Sandra Klug”, “ledig”);
►
Man kopiert den Prototyp in die Halde:
■
■
■
Man reserviert den Platz des Prototyps in der Halde
kopiert den Zeiger auf die Methodentabelle (Vorteil: Methodentabelle kann von
allen Objekten einer Klasse benutzt werden)
und füllt die Prototypattributwerte in den neuen Platz
Prototypen im
statischen Speicher
010
name:String == null
014
maritalStatus:String == null
018
methodTable:Method[]
pay()
fillIn()
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
Stringspeicher
(Symboltabelle)
Leo Rott
verh
Sandra Klug
ledig
Code-Speicher
(Methoden)
pay() {
....
}
fillIn() { .. }
store() { .. }
reread() { .. }
new() { .. }
40
Wie erzeugt man ein Objekt für eine
Klasse? (Verfeinerung)
►
Ergebnis:
Prototypen im
statischen Speicher
010 name:String == null
014 maritalStatus:String == null
018 methodTable:Method[]
pay()
fillIn()
Halde
(Objektspeicher)
132 name:String
Stringspeicher
(Symboltabelle)
Leo Rott
verh
Sandra Klug
ledig
Code-Speicher
(Methoden)
pay() {
....
}
fillIn() { .. }
store() { .. }
reread() { .. }
new() { .. }
136 maritalStatus:String
140 prototype:Class
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
41
Objekt-Extent im Speicher
►
Der Objekt-Extent ist eine Liste der Objekte einer Klasse. Wir benötigen dazu
ein neues Attribut des Prototyps
010
name:String == null
132
name:String
014
maritalStatus:String == null
136
maritalStatus:String
018
methodTable:Method[]
140
prototype:Class
extent:List(Object)
144
name:String
148
maritalStatus:String
152
taxnumber:int == 12940
156
prototype:Class
160
name:String
164
maritalStatus:String
168
prototype:Class
methodTable:Method[]
172
name:String
extent:List(Object)
176
maritalStatus:String
180
prototype:Class
184
name:String
188
maritalStatus:String
192
taxnumber:int == 12941
196
prototype:Class
022
***
026
030
taxnumber:int
034
methodTable:Method[]
038
***
extent:List(Object)
042
046
050
***
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
42
Objektorientierte Programmierung
My guess is that object-oriented programming will be in
the 1980's what structured programming was in the 1970's.
Everyone will be in favor of it.
Every manufacturer will promote his products as supporting it.
Every manager will pay lip service to it.
Every programmer will practice it (differently!).
And no one will know just what it is ..."
Tim Rentsch (1982)
Softwaretechnologie, © Prof. Uwe Aßmann
43
Programmierparadigmen
►
Funktionale Programmierung:
■
Funktionsdefinition und -komposition, Rekursion
Kein Zustandsbegriff
fac(n) = if n = 0 then 1 else n * fac(n-1) end
■
►
Imperative Programmierung:
Steuerfluß: Anweisungsfolgen, Schleifen, Prozeduren
■
Variablen (Zustandsbegriff)
k := n; r := 1; while k > 0 do r := r*k; k := k-1 end;
■
►
Logische Programmierung:
Formallogische Axiomensysteme (Hornklauseln)
■
Fakten und Deduktionsregeln
■
Resolution
fac(0,1).
fac(n+1, r) :- fac(n, r1), mult(n+1, r1, r).
■
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
44
Strukturparadigmen
►
Unstrukturierte Programmierung:
Lineare Folge von Befehlen, Sprüngen, Marken (spaghetti code)
k:=n; r:=1; M: if k<=0 goto E; r:=r*k; k:=k-1; goto M; E:...
■
►
Strukturierte Programmierung:
Blöcke, Prozeduren, Fallunterscheidung, Schleifen
■
Ein Eingang, ein Ausgang für jeden Block
k := n; r := 1; while k > 0 do r := r*k; k := k-1 end;
■
►
Modulare Programmierung:
Sammlung von Typdeklarationen und Prozeduren
■
Klare Schnittstellen zwischen Modulen
DEFINITION MODULE F; PROCEDURE fac(n:CARDINAL):CARDINAL; ...
■
►
Objektorientierte Programmierung:
Kapselung von Daten und Operationen in Objekte
■
Klassen, Vererbung und Polymorphie
public class CombMath extends Number { int fac(int n) ...
■
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
45
Orthogonalität
Strukturiert
Funktional
Imperativ
Logisch
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
Modular
––
ML
Pascal
Modula-2
Ada
––
Objektorientiert
Haskell
Java
C++
OWL
46
Funktion und Daten
• Separation von Funktion und Daten
Funktionshierarchie
Datenbasis
• Integration von Funktion und Daten
►
In den Strukturparadigmen:
■
strukturiert:
■
modular: Modul = (grosse) Funktionsgruppe + lokale Daten
■
objektorientiert:
Prof. Uwe Aßmann, Softwaretechnologie
Separation von Funktion und Daten
Objekt = (kleine) Dateneinheit + lokale Funktionen
47
Kooperative Ausführung durch
parallele Objekte (Sequenzdiagramm)
Zeit
12. Projektbesprechung
M. Huber
(Teiln.1)
...
P. Fischer
(Teiln. n)
Raum
R12
Neu
Kollision?
Kollision?
Reservierung
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Kooperierende Objekte mit lokaler Datenhaltung
Einfacher Übergang zu Parallelverarbeitung und Verteilung
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Objektorientierte
Programmiersprachen
ALGOL
Simula
Smalltalk
C
C++
Pascal
UCSD
Pascal
Eiffel
Self
LISP
BASIC
CLOS
Visual
Basic
Ada-83
Object
Pascal
(Delphi)
Ada-95
Scheme
Java
C#
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49
Geschichte der OO-Programmierung
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Simula:
Ole-Johan Dahl + Krysten Nygaard, Norwegen, 1967
►
Allan Kay: The Reactive Engine, Dissertation, Univ. Utah, 1969
►
Smalltalk: Allan Kay, Adele Goldberg, H. H. Ingalls,
Xerox Palo Alto Research Center (PARC), 1976-1980
►
C++: Bjarne Stroustrup, Bell Labs (New Jersey), 1984
►
Eiffel: Bertrand Meyer, 1988
►
Java: Ken Arnold, James Gosling, Sun Microsystems, 1995
►
C#: Anders Heijlsberg, Microsoft (auch Schöpfer von Turbo Pascal)
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Die Programmiersprache Java
►
►
Java™ ■
eine Modeerscheinung?
■
die Programmiersprache für das Internet?
■
die Geheimwaffe von Sun gegen Microsoft?
Geschichte:
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Vorläufer von Java: OAK (First Person Inc.), 1991-1992
» Betriebssystem/Sprache für Geräte, u.a. interaktives Fernsehen
■
1995: HotJava Internet Browser
» Java Applets für das World Wide Web
» 1996: Netscape Browser (2.0) Java-enabled
■
Weiterentwicklungen:
» Java als Applikationsentwicklungssprache (Enterprise Java)
» Java zur Gerätesteuerung (Embedded Java)
» Java Beans, Enterprise Java Beans (Software-Komponenten)
» Java Smartcards
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Warum gerade Java?
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Java ist relativ einfach und konzeptionell klar.
►
Java vermeidet “unsaubere” (gefährliche) Konzepte.
►
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Strenges Typsystem
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Kein Zugriff auf Speicheradressen (im Unterschied zu C)
■
Automatische Speicherbereinigung
Java ist abstrakt in seinen Konzepten.
■
►
Java ist unabhängig von Hardware und Betriebssystem.
■
►
Java Bytecode in der Java Virtual Machine
Java ist angepaßt an moderne Benutzungsoberflächen.
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z.B. Java Collection Framework
Java Swing Library
Java ermöglicht nebenläufige Programme.
■
sogenanntes multi-threading
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Objektorientierte Klassenbibliotheken
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Klassenbibliotheken sind vorgefertigte Mengen von Klassen, die in eigenen
Programmen (Anwendungen) benutzt werden können
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Durch Vererbung kann eine Klasse aus einer Bibliothek angepasst werden
■
►
Java Development Kit (JDK)
Test-Klassenbibliothek Junit
Praktikumsklassenbibliothek SalesPoint
Hier liegt ein wesentlicher Vorteil der Objektorientierten Programmierung: Eine
Anwendung besteht nur zu einem kleinen Prozentsatz aus eigenem Code
(Wiederverwendung bringt Kostenersparnis)
Nachteil: Klassenbibliotheken sind komplexe Programmkomponenten.
■
■
Man muss eine gewisse Zeit investieren, um die Klassenbibliothek
kennenzulernen
Man muss eine Menge von Klassenbibliotheken kennen
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Probleme von Java
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Keine konforme Vererbung: Man kann bei der Wiederbenutzung von
Bibliotheksklassen Fehler machen und den Bibliothekscode invalidieren
Basisdatentypen (int, char, boolean, array) sind keine Objekte
JVM startet langsam. Beim Start lädt sie zuerst alle Klassen (dynamic class
loading), anstatt sie statisch zu einem ausführbaren Programm zu binden
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►
Übung: Starte die JVM mit dem –verbose flag
Grosse Bibliothek benötigt grossen Einarbeitungsaufwand
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Warum ist das alles wichtig?
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►
Anfangsfrage: Wie können wir die Welt möglichst einfach beschreiben?
Antwort: durch Objekte
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..und ihre Klassen, die sie abstrahieren
.
... die Beziehungen der Klassen (Vererbung, Assoziation)
.. ihre Verantwortlichkeiten
.
Die mit CRC-Karten und Szenarioanalysen gefunden werden
Daher bietet Objektorientierung für Anwendungen, die mit der realen Welt zu
tun haben, eine oftmals adäquate Entwicklungsmethodik an
■
■
Die die Software einfach, d.h. analog zur Welt organisiert
Und daher viele Probleme vermeidet und die Entwicklung erleichtert
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The End
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