Folien Teil 1 - Benutzer

JAVA und OOP
Modul: Programmierung B-PRG
Grundlagen der Programmierung II
Professur für Datenbanken und Informationssysteme
(FB 12)
1
Java 2 - Geschichte
Ursprung:
„Green“-Project bei der Firma Sun Microsystems 1991
Entwicklung eines Systems mit folgenden Eigenschaften:
• hardwareunabhängig
• möglichst klein
Einsatzgebiet: Konsumgeräte, z.B. Umschalter für das
Kabelfernsehen
basierend auf C++ (objektorientiert) ohne dessen Schwierigkeiten
Name: zuerst OAK (Object Application Kernel), später Java
Durchbruch: Ende 1995, 1998 dann JAVA 2
2
Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Plattformunabhängigkeit von Java
Erinnerung: Übliche Übersetzungsvorgänge bei Programmiersprachen
• Compiler (bei Modula-2, C usw.):
MODULE p;
VAR n,i:INTEGER;
BEGIN
FOR i:=1 TO n DO
n:=n*n;
END;
END p.
Compiler
00010110010
11001001001
00001110001
11111000001
10101010100
11001100011
11001100111
11000111001
Ausführung
Ergebnis
Ausführung
Ergebnis Nr. i
Maschinencode
Programm (Quellcode)
• Interpreter (bei Basic, Lisp usw.):
10 INPUT n$
20 FOR i=1 TO 10
30 PRINT “Hi”,n$
40 NEXT
Anweisung Nr. i
3
Interpreterer
00010110010
11001001001
Maschinencode
Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Plattformunabhängigkeit von Java
Vorgehensweise bei Java
(Java Virtual Machine)
Ergebnis
JavaInterpreter
(i686-CPU)
class Dreieck ext ends GeoObj {
double seite,ho ehe,alpha;
Dreieck(double s,
double h,
double a) {
this.seite=s;
this.hoehe=h;
this.alpha=a; }
double berechne Flaeche() {
return 0.5*se ite*hoehe);}
}
Java
Compiler
JavaInterpreter
(Power PC)
Java Bytecode
(plattformunabhängig)
Java Quellcode
Java
Libraries
Ergebnis
JavaInterpreter
(SPARC)
Ergebnis
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Dateinamen (Endung)
• Quellcode auf *.java
• Compilierter Code auf *.class
• case sensitive
Java unterscheidet zwischen Groß- und
Kleinschreibung (auch im Quellcode)!
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Ergebnis
JavaInterpreter
(i686-CPU)
class Dreieck ext ends GeoObj {
double seite,ho ehe,alpha;
Dreieck(double s,
double h,
double a) {
this.seite=s;
this.hoehe=h;
this.alpha=a; }
double berechne Flaeche() {
return 0.5*se ite*hoehe);}
}
Java
Compiler
JavaInterpreter
(Power PC)
Java Bytecode
(plattformunabhängig)
Java Quellcode
Ergebnis
JavaInterpreter
(SPARC)
Java
Libraries
Ergebnis
HalloWelt.java
HalloWelt.class
javac HalloWelt.java
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Grundlagen der Programmierung II
„Hallo Welt“
java HalloWelt
DBIS - SS2009
Applikationen - Entwicklungsprozess
Erster Schritt: Erstellen einer Klasse Hello (in einem Editor)
mit dem Namen „Hello.java“
class Hello {
public static void main(String args[]) {
System.out.println(“Hello Students!”);
}
}
Zweiter Schritt: Compilieren des Quellcodes
Aufruf: „javac Hello.java“
Ergebnis: autom. Erzeugen des Bytecodes „Hello.class“
Dritter Schritt: Evtl. Ausführen des Programms
Aufruf: „java Hello“ (Ausgeführt wird immer die main-Methode!)
Ausgabe: „Hello Students!“
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Kommentare in Java
In Java gibt es drei Möglichkeiten zur Kommentierung:
// Kommentar
Alle Zeichen nach dem „//“ werden ignoriert.
für „normale“ einzeilige Kommentare.
/* Kommentar
über mehrere Zeilen */
Alle Zeichen zwischen dem „/*“ und dem „*/“
werden ignoriert.
auskommentieren von Programmteilen.
Die Schachtelung der „Kommentarklammern“ ist nicht erlaubt.
/**
* javadoc-Kommentar
* @since JDK1.0
*/
Alle Zeichen zwischen dem „/**“ und dem „*/“
werden ignoriert.
für das javadoc-Programm des JDK.
Mit ihrer Hilfe wird eine einfache
Online-Dokumentation erstellt.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Javadoc Beispiel
/**
* Returns an Image object that can then be painted on the screen.
* The url argument must specify an absolute {@link URL}. The name
* argument is a specifier that is relative to the url argument.
* <p>
* This method always returns immediately, whether or not the
* image exists. When this applet attempts to draw the image on
* the screen, the data will be loaded. The graphics primitives
* that draw the image will incrementally paint on the screen.
*
* @param url an absolute URL giving the base location of the image
* @param name the location of the image, relative to the url argument
* @return the image at the specified URL
* @see Image
*/
public Image getImage(URL url, String name)
{ try
{ return getImage(new URL(url, name));
} catch (MalformedURLException e) { return null; }
}
Javadoc
Homepage: http://java.sun.com/j2se/javadoc/
Aufruf (unter dem „bin“-Ordner des JDK):
javadoc [ options ] [ packagenames ] [ sourcefilenames ] [
-subpackages pkg1:pkg2:... ] [ @argfiles ]
Tags
@author; {@code}; {@docRoot}; @deprecated;
@exception; {@inheritDoc}; {@link}; {@linkplain};
{@literal}; @param; @return; @see; @serial;
@serialData; @serialField; @since; @throws; {@value};
@version
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Java - API - Dokumentation
http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
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Grundlagen der Programmierung II
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Literatur zu Java
• Java Homepage Sun: http://java.sun.com
• Java Compiler JDK 6 update 14 und Virtuelle Maschine JRE
(Version 7 gibt es als Preview)::
http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp
• Java Tutorials: http://java.sun.com/new2java/
• Reading: „Thinking in Java 3“ von Bruce Eckel !!!
http://www.smart2help.com/e-books/tij-3rd-edition/TIJ3.htm
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Grundlagen der Programmierung II
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Java Entwicklungsumgebungen
Eine Entwicklungsumgebung (Integrated Development
Environment – IDE) hilft dem Entwickler beim Erstellen
und Debuggen von Programmen.
Beispiele für Java Entwicklungsumgebungen:
• Web Sphere von IBM (basiert auf Eclipse)
• JBuilder von Borland
• Sun ONE Studio von Sun Microsystems (basiert auf
NetBeans)
• ... und viele mehr!
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Free IDEs
• Eclipse unter: www.eclipse.org
• NetBeans unter: www.netbeans.org
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Grundlagen der Programmierung II
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Programmstruktur:
Klassen, Methoden und Variablen
class ClassName {
type variablenName = anfangswert ;
rückgabeType methodenName(type
parameter1, …){
}
}
Ein erstes Beispiel:
class Student {
int semester;
int getSemester() {
return semester;
}
}
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Grundlagen der Programmierung II
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Klassen, Methoden und Variablen
Konstruktor:
Student() { … }
Student(int semester) { … }
Objekt student1 erzeugen:
Student student1 = new Student();
Methode aufrufen und Rückgabewert speichern:
int semanzahl = student1.getSemester();
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Grundlagen der Programmierung II
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Was ist Java?
Java =
• Programmiersprache (OO)
• Virtuelle Maschine
Ergebnis
• Bibliotheken
JavaInterpreter
(i686-CPU)
class Dreieck ext ends GeoObj {
double seite,ho ehe,alpha;
Dreieck(double s,
double h,
double a) {
this.seite=s;
this.hoehe=h;
this.alpha=a; }
double berechne Flaeche() {
return 0.5*se ite*hoehe);}
}
Java
Compiler
JavaInterpreter
(Power PC)
Java Bytecode
(plattformunabhängig)
Java Quellcode
Java
Libraries
Ergebnis
JavaInterpreter
(SPARC)
Ergebnis
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Grundlagen der Programmierung II
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Plattformunabhängigkeit von Java
Eigenschaften der Java Virtual Machine
• Die Virtuelle Maschine ist eine Art „Universaltranslater“.
(vgl. mit Raumschiff Enterprise)
• Der Bytecode ist der „Maschinencode“ der Virtuellen Maschine.
von der Virtuellen Maschine direkt ausführbar
• Die Virtuelle Maschine ist für alle gängigen Systeme verfügbar.
(Windows, Solaris, Linux usw.)
• Die Virtuelle Maschine ist z.B. auch in WWW-Browsern integriert.
Einsatz von sog. „Applets“ möglich.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Teil 2 – OO (in Java)
Einführung in die
Objektorientierung
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Objektorientierung
Das Objektmodell beschreibt „die Welt“
als eine Menge interagierender Objekte.
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Grundlagen der Programmierung II
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Kurze Wiederholung von:
• Klasse
• Objekt
• Attribute
• Methoden
• Identität eines Objektes
• Lebenszeit eines Objektes
• Vererbung
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Klasse
Eine Klasse (Typ, Schablone) ist
• Klasse dient als Bauplan für Abbildung von realen
Objekten („Schablone“) – eine Abstraktion auf die für
die Programmierung wichtiger Eigenschaften.
• eine Realisierung eines abstrakten Datentyps (ADT).
• ein benutzerdefinierter Typ in einer objektorientierten
Programmiersprache.
• eine zur Compilezeit des Programms notwendige
Typspezifikation.
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Grundlagen der Programmierung II
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Objekt
Ein Objekt (Instanz) ist
• eine individuelle, benennbare reale oder abstrakte
Einheit mit einer wohldefinierten Rolle.
• eine klar abgrenzbare Einheit mit Merkmalen
(Zustand und Verhalten) und einer Identität.
• eine Ausprägung einer Klasse.
• eine gekapselte Datenstruktur, die zur Laufzeit des
Programms Speicherplatz belegt
und die nur über die Operationen der definierten
Schnittstelle manipuliert werden kann.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Beispiele
Klasse
Objekte (Instanzen)
PKW
• mein Auto
• dein Auto
• das Auto mit dem Kennzeichen F-CB 2000
usw.
Geometrische Formen
• ein Kreis mit dem Radius 5 und Mittelpunkt (42,17)
• eine Pyramide mit Grundfläche 3x4 und Höhe 6
usw.
DVD
• „Mr. and Mrs. Smith“-DVD
• „King Kong“-DVD
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Grundlagen der Programmierung II
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Attribute und Zustand
Die Attribute eines Objektes
legen die Eigenschaften und Zustände des Objektes fest.
Der Zustand eines Objektes
ist die Gesamtheit der Attribute eines Objektes plus ihre momentanen Werte.
F-CB 2000
PKW
DA-XY 123
Typ
Farbe
km/h
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Methoden
Methoden
• sind auf einem Objekt ausführbare Operationen.
• werden durch eintreffende Nachrichten ausgelöst.
• können den Objekt-Zustand verändern.
• werden innerhalb einer Klasse definiert.
Es gibt mehrere Arten von Methoden:
Modifikation
ändert Zustand
Selektion
liest Zustand
Iteration
wiederholte Modifikation oder Selektion
Konstruktion
kreiert ein Objekt und initialisiert Zustand
Destruktion
löscht Zustand und zerstört ein Objekt
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Verhalten eines Objektes
Das Verhalten eines Objektes
• sind die Aktionen und Reaktionen des Objektes.
• wird durch die Methoden der Klasse des Objekts realisiert.
• wird durch den Aufruf der Methoden verursacht.
F-CB 2000
PKW
DA-XY 123
Typ
Farbe
km/h
VW
Rot
60
BMW
Gelb
100
beschleunigen()
bremsen()
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Identität eines Objektes
• Objekte sind mittels Referenz eindeutig identifizierbar.
• Objekte haben eine Identität und meistens einen oder
mehrere Namen bzw. Referenzen.
• Objekte belegen einen Teil des Speichers.
• Der Zustand eines Objektes kann sich ändern, nicht
seine Identität.
• Gleicher Zustand (also der gleiche Wert) bedeutet nicht
gleiche Identität!
Dies ist besonders bei Vergleichsoperationen zu
beachten.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Identität eines Objektes
deinAuto
meinAuto
Referenz 1
keine Referenzen
Referenz 2
Objekt mit zwei Namen und zwei Referenzen
Objekt ohne Namen
Ein Objekt ohne Namen besitzt zwar eine Identität,
ist aber nicht (mehr) erreichbar Garbage Collection.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Lebenszeit von Objekten
Die Lebenszeit eines Objektes
ist die Zeit zwischen
• der Kreierung des Objektes und
• dem Löschen des Objektes (bzw. der Löschung der
letzten Referenz) mit anschließender Garbage Collection.
Garbage Collection
Java gibt automatisch den Speicher
unbenutzter Objekte frei!
Das expliziete setzen von Referenzen auf NULL unterstützt
die Garbage Collection.
Mit System.gc() kann man die Garbage Collection explizit
anstoßen.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Vererbung (Inheritance) in der OOP
Die Unterklasse erbt alle Merkmale der Oberklasse und ist
ihr damit ähnlich. Sie kann die geerbten Attribute und Methoden
unverändert benutzen oder neu definieren (überschreiben).
Eine Unterklasse besitzt im Allgemeinen zusätzliche Attribute und
Methoden. Sie ist eine Spezialisierung, Konkretisierung oder
Erweiterung ihrer Oberklasse.
Eine Unterklasse kann selbst wieder Oberklasse sein. Dadurch ergibt
sich eine Baumstruktur, die so genannte Vererbungsstruktur oder
Klassenhierarchie.
Die Vererbung ist transitiv.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Beispiel für eine Klassenhierarchie (1)
Kraftfahrzeug
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Kraftfahrzeug ist eine Klasse mit den drei Attributen Typ, Farbe und
kmh und den beiden Methoden beschleunigen() und bremsen().
Es gibt aber auch „spezielle“ Kraftfahrzeuge, die ein zusätzliches,
gemeinsames Merkmal haben.
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Grundlagen der Programmierung II
DBIS - SS2009
Beispiel für eine Klassenhierarchie (2)
Kraftfahrzeug
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
LKW anhängen()
LKW ist eine Unterklasse von Kraftfahrzeug. Sie erbt alle
Eigenschaften von ihrer Oberklasse, hat aber die zusätzliche
Methode anhängen().
Es gibt auch Kraftfahrzeuge, die keine LKWs sind.
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Grundlagen der Programmierung II
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Beispiel für eine Klassenhierarchie (3)
Kraftfahrzeug
Omnibus Stehplätze
PKW
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
LKW anhängen()
Omnibus, PKW und LKW sind jeweils Unterklassen der Klasse
Kraftfahrzeug. LKW hat eine zusätzliche Methode, Omnibus ein
zusätzliches Attribut. Die drei Unterklassen erben alle Merkmale
der Oberklasse Kraftfahrzeug.
Aber es gibt es auch mehrere, verschiedene Arten von PKWs,
die besondere Merkmale haben.
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Grundlagen der Programmierung II
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Beispiel für eine Klassenhierarchie (4)
Kraftfahrzeug
Omnibus Stehplätze
Limousine
PKW
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
LKW anhängen()
Cabriolet Verdeck öffnen()
Cabriolet und Limousine können zusätzliche Methoden bzw. Attribute haben.
Beide erben alle Merkmale von PKW und damit auch von Kraftfahrzeug.
Eine solche Hierarchie lässt sich beliebig fortsetzen.
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Grundlagen der Programmierung II
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Mehrfach-Vererbung
Fahrzeug
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Schiff
PKW
LKW anhängen()
AmphibienFahrzeug
Mehrfach-Vererbung ist in Java nicht möglich!
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Grundlagen der Programmierung II
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