1 Modelle und Modellierung C.O. Wirkliche Welt: Autohaus Modell: Idealisierte Darstellung (Abbildung) der realen Welt zur Veranschaulichung bestimmter

1

Modelle und Modellierung

C.O.

Wirkliche Welt: Autohaus

Modell: Idealisierte Darstellung (Abbildung) der realen Welt zur Veranschaulichung bestimmter Sachverhalte/Eigenschaften/Prozesse, Vereinfachung der Realität

Das Foto ist farbig, hat einen bestimmten Maßstab, wurde aus einer bestimmten Perspektive aufgenommen usw.: Ikonisches Modell (bildhaft)

Funktion dieses Modells: Möglicherweise ein Foto für einen Bericht


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2

Fortschreitende Abstraktion

C.O.

Verzicht auf Details (Farbinformation usw.): Die Darstellung wird „ungenauer“, allerdings bleiben der Standort und die Silhouette der Fahrzeuge erkennbar.


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3

Analogmodell

C.O.

X X X X X X X X X X

X X X X X

Lageskizze der Stellplätze: Stark vereinfachte Karte, jedes abgestellte Fahrzeug wird zu einem „X“ („Analogie“, eine noch weiterer Abstraktion von der Wirklichkeit)


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Eine weitere Betrachtungsweise

C.O.

Jedes Kfz ist individuell (Fahrzeugnummer).


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5

Es gibt Gemeinsamkeiten

C.O.

Überlegung: Was haben alle Fahrzeuge gemeinsam:

Vier Räder, Lenkrad …

Überlegung: Was haben alle Fahrzeuge gemeinsam:

Vier Räder, Lenkrad …

Individuelles KFZ Individuelles KFZ Individuelles KFZ

„Abstraktes Fahrzeug“: Schablone, Bauplan für die realen Fahrzeuge

„Abstraktes Fahrzeug“: Schablone, Bauplan für die realen Fahrzeuge


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6

Die Vorstufe einer Klasse

C.O.

Kfz

Hersteller: TextTyp: Text………Hubraum: Ganzzahl………Farbe: Text…….

Schablone, nach diesem „Bauplan“ können (fast) unendlich viele Fahrzeuge gebaut werden. Allerdings benötigt dieser Plan exakte Angaben zu den Details des Fahrzeugs.

Schablone, nach diesem „Bauplan“ können (fast) unendlich viele Fahrzeuge gebaut werden. Allerdings benötigt dieser Plan exakte Angaben zu den Details des Fahrzeugs.

So könnte der Bauplan formuliert sein: Zahlen und Texte als Informa-tionen zu den Eigenschaften des Fahrzeugs (Vorstufe einer Klasse).

(Eine Darstellung dieser Art wird in manchen Fachdisziplinen als symbolisches Modell bezeichnet.)

So könnte der Bauplan formuliert sein: Zahlen und Texte als Informa-tionen zu den Eigenschaften des Fahrzeugs (Vorstufe einer Klasse).

(Eine Darstellung dieser Art wird in manchen Fachdisziplinen als symbolisches Modell bezeichnet.)


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Von der Schablone …

C.O.

Die Schablone definiert den Bauplan des Fahrzeugs (falls zusätzliche detaillierte Angaben vorliegen).

Eine KlasseModelle und Modellierung

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… zum individuellen Kfz

C.O.

Und so soll das individuelle Kfz aussehen!

Das ObjektModelle und Modellierung

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9

Andere Möglichkeit!

C.O.

Ein anderes „Individuum“.

Ein anders Objekt der gleichen KlasseModelle und Modellierung

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Schritte der Modellierung

C.O.

WirklichkeitWirklichkeitModelle und Modellierung

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C.O.

WirklichkeitWirklichkeit

1.

Objekte, die offensichtlich den gleichen Bauplan haben, analysieren. (Hier: die Fahrzeuge, nicht die Fahnen, Verkehrs-schilder usw.) Welche gemeinsamen Eigenschaften mit individueller Ausprä-gung (wie Farbe, Fahrzeugnummer usw.) können diese Objekte besitzen?


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C.O.

WirklichkeitWirklichkeit

1.

Objekte, die offensichtlich den gleichen Bauplan haben, analysieren. (Hier: die Fahrzeuge, nicht die Fahnen, Verkehrs-schilder usw.) Welche gemeinsamen Eigenschaften mit individueller Ausprä-gung (wie Farbe, Fahrzeugnummer usw.) können diese Objekte besitzen?

2.

Übertragung in die Modellwelt

Individuelle Dinge wie z. B. Farbe = rot werden zu Attributen verallgemeinert.

Kfz

Hersteller: Text

Hubraum: Zahl

…….

Kfz: Bauplan (Vorläufer der Klasse im Sinne der OOP), der Eigen-schaften festlegt.

Die Attribute haben einem be-stimmten Datentyp.


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13

Was passiert mit den Fahrzeugen?

C.O.

Bevor die Klasse „Kfz“ fertiggestellt werden kann, muss geklärt werden, welcher Ausschnitt der reale Welt zu modellieren ist:

- Produktion des Fahrzeugs?

- Verkauf des Fahrzeugs?

- Reparatur des Fahrzeugs?

- Fahrzeug verschrotten?

Ein Autohaus ist wohl in erster Linie für die beiden mittleren Bereiche zuständig.

Fragestellung (für die Verwaltung): Welche Vorgänge oder Abläufe sind von Wichtigkeit ( Geschäftsprozesse)?


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Operationen / Methoden

C.O.

Die Modellwelt soll sich nun lediglich auf die Verwaltung (Auftragsbearbeitung, Rechnungswesen usw.) beziehen.

Die MitarbeiterInnen in den angesprochen Abteilungen müssen Fahrzeuge:

- erfassen

- Stammdaten pflegen

- Informationen ausdrucken

- Teile bestellen usw.

In der objektorientierten Programmierung bezeichnet man diese Tätigkeiten als Operationen oder Methoden. Sie werden in das Klassenmodell mit aufgenommen.

In der objektorientierten Programmierung bezeichnet man diese Tätigkeiten als Operationen oder Methoden. Sie werden in das Klassenmodell mit aufgenommen.


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Klasse: Der letzte Schliff!

C.O.

Kfz

Hersteller: TextTyp: Text………Hubraum: Ganzzahl………Farbe: Text…….VK Preis: Währung

Erfassung()Ändern()Löschen()Drucken()……………

Klassenname

Attribute (Datenfeld: Feldname und Datentyp)

Methoden

Notation in UML (Unified Modeling Language)


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Und nochmal: Von der Klasse …

C.O.

Kfz

Hersteller: TextTyp: Text………Hubraum: Ganzzahl………Farbe: Text…….VK Preis: Währung


„Abstrakter“ Bauplan


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... zum Objekt

C.O.

:Kfz

Hersteller= „Daihatsu“Typ= „Terios“………Hubraum= 1495………Farbe= „metallic silber“…….VK-Preis= 17800,00


„Konkretes“ individuelles Fahrzeug


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Erweiterung und Erklärung

C.O.

:Kfz

Hersteller = „Daihatsu“Typ= „Terios“………Hubraum = 1495Nennleistung (KW bei 6000U/min)= 77………Farbe= „rot“…….Grundreis= 17800Leasingsonderzahlung= …Leasingrate = ….Laufzeit= …..


Unterstrichener Klassenname, zu dem das Objekt gehört, falls das Objekt bereits einen Namen hat:

MeinKfz:Kfz

Attributwerte, Daten: aktueller Zustand des Objektes, er kann durch Methoden zur Laufzeit verändert werden.

Merke: Jedes Objekt besitzt eine Objektidentität, diese unterscheidet es von allen anderen Objekten.

Objekt = Instanz/Exemplar einer Klasse

Verhalten des Objektes: Menge von Operationen (Methoden)


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Aufgabe 1

C.O.

Modellieren Sie bitte ein Kunden - Klassendiagramm! Überlegen Sie zunächst, welche Attributte/Methoden benötigt werden könnten. Erstellen Sie dann das entsprechende UML-Klassendiagramm.

„Erzeugen“ Sie nun bitte ein Objekt (einKunde:Kunde) und wählen Sie sinnvolle Attributwerte.

Modellieren Sie bitte ein Kunden - Klassendiagramm! Überlegen Sie zunächst, welche Attributte/Methoden benötigt werden könnten. Erstellen Sie dann das entsprechende UML-Klassendiagramm.

„Erzeugen“ Sie nun bitte ein Objekt (einKunde:Kunde) und wählen Sie sinnvolle Attributwerte.


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20

Eine Lösung

C.O.

Kunde

Ku_Nummer : integerName : StringAdresse : String.....

Umsatz : double

Erfassung()Ändern()Löschen()Adressaufkleber drucken()Serienbrief erstellen()Umsatz holen()


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21

BlueJ:Didaktisches Entwicklungstool

C.O.

Einige Vorteile dieses Werkzeuges:

Kaum Einarbeitungszeit notwendig

Läuft auf dem Java Development Kit von Sun Microsystems: Komplettes Java, nicht vereinfacht

Erzeugung von Objekten aus den Klassen auf Mausklick, die Methoden können direkt getestet werden

Hinweise zu den nun folgenden Übungen:

Diese sind in der vorliegenden Form nicht im Selbststudium zu lösen. Die Lehrerin/der Lehrer gibt Tipps, erklärt Fachbegriffe teilt zusätzliche Übungsblätter aus und bespricht die Lösungen.


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1. Schritt BlueJ aufrufen …

C.O.

… und das Projekt Auto laden:


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23

BlueJ: Klassen und Objekte intuitiv

C.O.


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24

Quellcode übersetzten

C.O.

Klick mit der rechten Maustaste auf die Klasse


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Quellcode ist übersetzt

C.O.


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26

Erzeugen eines Objektes

C.O.

new: eine Art „Befehl“, der eine Instanz …

… nach dem „Bauplan“ der Klasse Auto erzeugt.

Parameter: Preis des Fahrzeugs, dieser wird direkt bei der Erzeugung des Objektes festgelegt


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27

Datenübergabe mit Parameter

C.O.

Der Konstruktor ist eine spezielle Methode der Klasse und weist den Attributen (Datenfeldern) der Klasse Anfangswerte zu. Hier bekommte der Konstruktor einen Wert als Parameter von „außen“. Parameter sind von einem bestimmten Datentyp (hier: double, für Zahlen mit Nachkommastellen) und haben einen Namen (hier: preis).


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28

Anfangswert eintragen

C.O.


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29

Objekt ist erzeugt!

C.O.


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30

Objekt ist erzeugt!

C.O.

Name der zugrundeliegenden Klasse

Instanzname (= Objektname)

Objekt - leiste


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31

Was kann das Objekt?

C.O.

Klick auf rechte Maustaste: Kontextmenü der Auto -Instanz, diese Einträge repräsentieren Operationen (=Methoden), mit denen die Instanz manipuliert werden kann.


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32

Was kann das Objekt?

C.O.

Methoden

Objekt löschen

Das kommt später!


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33

Methoden

C.O.


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34

Was kostet der Spaß?

C.O.

Aufruf einer Methode

Hinweis: Es soll hier nicht stören, dass die Geldbeträge mit nur einer (oder mehr als zwei) Nachkommastellen erscheinen; das wird später geändert!

Hinweis: Es soll hier nicht stören, dass die Geldbeträge mit nur einer (oder mehr als zwei) Nachkommastellen erscheinen; das wird später geändert!


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35

Aufgabe

C.O.

„Erforschen“ Sie nun bitte genau, was die vier Methoden der Klasse „Auto“ leisten.

Zur Darstellung Ihrer Ergebnisse: Erstellen Sie bitte eine Tabelle mit der Überschrift „Objekt auto_1“ und den Spalten „Methodenname“ und „Beschreibung“.


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36

Eine Klasse …

C.O.


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37C.O.

Eine Klasse … viele Objekte!

Alle Objekte der gleichen Klasse haben die gleichen Datenfelder und die gleichen Methoden!


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38

Inhalte der Instanzvariablen

C.O.

Instanzvariable: Datenfeld, welches die aktuellen Daten, die das individuelle Objekt (hier auto3) benutzt, speichert. Sie definiert ein Attribut (auch: Eigenschaft) eines Objektes.


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39

Kommunikation mit Objekten

C.O.

Auch diese Methode benötigt Information von „außen“, um ihre Aufgabe zu erfüllen: Parameter

Der Teil zwischen den Klammern liefert Informationen hinsichtlich der Parameter. Modelle und Modellierung

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40

Signaturen

C.O.

Signaturen der Methoden: Sie gibt Informationen über Methoden.


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41

Signaturen

C.O.

Diese Methode liefert einen Wert (den Inhalt eines Datenfeldes), hier mit dem Datentyp double (d.h. eine Zahl mit Nachkommastellen) Diese Methode benötigt (im vorliegenden Fall) keine Daten von außen (leere Klammern).


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Signaturen

C.O.

Signatur: Allgemeine „Beschreibung“: Die Methode wird im Programm zunächst „theoretisch definiert“, also programmiert.

Konkreter Aufruf der Methode im Programm: Die Methode „gibPreisSonderausstattung“ des Objektes „aut01“ wird aufgerufen und liefert dann einen Wert. Beachte: Vor dem Punkt steht der Objektname, dahinter der Methodenname.


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43

Signaturen

C.O.

Diese Methode liefert keinen Wert (den Inhalt eines Datenfeldes), hier mit dem Datentyp double (d.h. eine Zahl mit Nachkommastellen). Diese Methode benötigt (im vorliegenden Fall) Daten außen. In den Klammern stehen Parameter, diese haben einen Namen und sind von einem bestimmten Typ (hier: double).


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44

Zustände!

C.O.

Das Objekt hat einen aktuellen Zustand: die Werte in den Datenfeldern repräsentieren diesen.


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45

Quellcode

C.O.

Wo und wie werden nun Klassen in JAVA programmiert?


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46

Quellcode

C.O.

Da dieses Beispiel schon etwas komplexer ist, wird das Ganze an einem anderen Auto – „Modell“ vorgeführt.

Da dieses Beispiel schon etwas komplexer ist, wird das Ganze an einem anderen Auto – „Modell“ vorgeführt.


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47

Zuerst die Klasse

C.O.

Kfz

hersteller: Texttyp: Texthubraum: Ganzzahl

ausgabe_Kfz()gibHubraum()

Namenskonventionen: Klassennamen beginnen mit einen großen Buch -staben, Datenfelder mit einem kleinen Buchstaben, Klassennamen und Methodennamen ebenfalls mit einem kleinen Buchstaben, wobei i.d.R. Methodennamen mit einem Verb beginnen.


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Hinweis: Hersteller und Fahrzeugtyp stehen der Einfachheit halber als Literale im Konstruktor, lediglich der Hubraum soll beim Konstruktoraufruf von außen Daten empfangen.

48C.O.

public class Kfz { private String hersteller; private String typ; private int hubraum; public Kfz(int hub) { hersteller = "Opel"; typ = "Astra"; hubraum = hub; } public int gibHubraum() { return hubraum; }

public void ausgabe_Kfz() { System.out.println(hersteller + "-Info"); System.out.println("Typ: " + typ); System.out.println("Hubraum: " + hubraum); System.out.println(); }}



Klassendefinition

Deklaration: Datenfelder

Konstruktor

Programmanweisungen: Wertzuweisung, Initialisierung,

Methoden

Programmanweisungen: Ausgabe von Werten oder Texten

Hinweis: Mit weiteren „Typen von Programmanweisungen können Wiederholungsstrukturen oder Abfragen realisiert werden. Dies wird später behandelt.

Jetzt kommt JAVA


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49C.O.

public class Kfz {

}

public class Kfz {

}

Klassendefinition

public: auf diese Klasse kann von außen zugegriffen werden. (Gegenteil: private, macht hier aber keinen Sinn!) Es darf nicht mehr als eine öffentliche Klasse in einer Übersetzungseinheit enthalten sein.

Programmanalyse (Quelltext)


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Zwischen diesen Klammern steht der „Innenteil“ der Klasse (Deklarationen und Methoden mit Anweisungen).

Das Einrücken der Klammern (oder der Programmzeilen) ist beliebig, allerdings sollte die Programmstruktur dadurch verdeutlicht werden (Mittel der Doku-mentation).

50C.O.

public class Kfz { private String hersteller; private String typ; private int hubraum;

}

public class Kfz { private String hersteller; private String typ; private int hubraum;

}

Deklaration: Datenfelder (da diese zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Werte enthalten können, heißen sie auch Variablen)

Instanzvariablen, private: Die Werte können von außen nicht manipuliert werden.

Datentyp String: Zeichenkette

Datentyp int (integer): Zahlen ohne Nachkommastellen

Hersteller, Typ...: Feldname

Beachte: Die Deklaration eines Feldes wird mit einem „;“ abgeschlossen

Programmanalyse


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51C.O.

public class Kfz { private String hersteller; private String typ; private int hubraum; public Kfz(int hub) { hersteller = "Opel"; typ = "Astra"; hubraum = hub; }

}


}

Konstruktor

Er sorgt dafür, dass die Datenfelder des Objektes unmittelbar nach seiner Erzeugung sinnvolle Werte besitzen (Initialisierung). Er hat den gleichen Name wie die Klasse und wird automatisch aufgerufen. Die Initialisierung erfolgt entweder direkt mit dem Gleichsetzungsoperator ´=´ als Wertezuweisung:

typ = "Astra";

oder mit Hilfe einer Parameter - übergabe:

public Kfz(int hub)

Beachte: Die Programmanweisungen des Konstruktors (wie auch der Me - thoden) stehen zwischen ´{´ und ´}´.


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Programmanalyse

52C.O.


}


}

Ergänzung:

public Kfz(int hub)

Formaler Parameter

Aktueller Parameter


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Programmanalyse

53C.O.


}


}


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Parameterübergabe und Zuweisung

ParameterübergabeZuweisung

54C.O.





Methoden

Typ 1:

Rückgabe eines Wertes eines bestimmten Datentyps, hier: Ausgabe im BlueJ - Fenster

(normalerweise liefert eine Methode mit return einen Wert an eine andere Methode zurück)

Typ 2:

Keine Rückgabe (void)

„echte“ Ausgabeanweisung: Bildschirm – Ausgabe, auch unabhängig von BlueJ


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Programmanalyse

55C.O.





Auch hier werden Methoden von Objekten aufgerufen (Punkt-Operator!)

hersteller + "-Info"

Ausgabe des Inhalts einer Variablen und daran „angehängt“ das Literal "-Info"


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Programmanalyse

56C.O.

public class Klassenname {

Datenfelder

Konstruktoren

Methoden}

public class Klassenname {

Datenfelder

Konstruktoren

Methoden}

Zusammenfassung


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Datenfelder: Speichern die Daten, die das Objekt benutzt, sie beschreiben als Eigenschaften den Zustand eines Objekts, individuelle Charakteristikum (Zustand), um ein bestimmtes Objekt von einem anderen desselben Typs zu unterscheiden.

Konstruktoren: Setzen neu erzeugte Objekte in einen vernünftigen Anfangszustand

Methoden: Implementieren das Verhalten der Objekte (dienen auch der Veränderung der Objekteigenschaften)

57C.O.

Mini - Projekt

Als kleines „Abschlussprojekt“ zu diesem Teil 1 kann nun die Modellierung eines Fahrzeugs stehen, welches alle bisher kennengelernten Methoden integriert.

Zusatzaufgabe: Informieren Sie sich bitte, wie ein Quelltext mit Kommentaren versehen werden kann und welchen Sinn das macht (Hilfe: s. Quelltext auf den letzten beiden Folien dieser Präsentation).

Als kleines „Abschlussprojekt“ zu diesem Teil 1 kann nun die Modellierung eines Fahrzeugs stehen, welches alle bisher kennengelernten Methoden integriert.

Zusatzaufgabe: Informieren Sie sich bitte, wie ein Quelltext mit Kommentaren versehen werden kann und welchen Sinn das macht (Hilfe: s. Quelltext auf den letzten beiden Folien dieser Präsentation).


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Quellen

58

Quellen

C.O.

Balzert, Helmut: Lehrbuch Grundlagen der Informatik.- Spektrum Verlag

Barnes, D. u. Kölling, M.: Java lernen mit BlueJ.- Pearson-Verlag

Das BlueJ Tutorial http://www.bluej.org/download/download.html

http://jerry.c-lab.de/java/21Tage/kap02.htm

Alle Fotos u. Abbildungen: C. Oberweis


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Quellen

59

Quellcode, Beispiel

C.O.

/** * Die Klasse Auto modelliert einfache Fahrzeuge. * Der Nettopreis für das Fahrzeug wird über den Konstruktor festgelegt. * Netto- und Bruttopreis können ausgegeben werden. * Zusätzlich können für Sonderausstattungen mehrmals Preise berücksichtigt werden. * Autor: Christoph Oberweis (www.coberweis.de) * Version: 2008.06.21 */public class Auto { // Der Preis (Netto, Brutto, Preis fuer Sonderausstattung) private double preis_netto; private double preis_brutto; private double preis_sonderausstattung; // Konstruktor: Erzeuge ein Fahrzeug zum angegebenen Preis public Auto(double preis) { preis_netto = preis; preis_brutto = 0.00; preis_sonderausstattung = 0.0; }

60

Quellcode

C.O.

// Liefere den Nettopreis public double gibNettogrundpreis() { return preis_netto; }

// Nimmt Preis fuer Sonderausstattung public void nimmPreisSonderausstattung(double pr_sonder) { preis_sonderausstattung = preis_sonderausstattung + pr_sonder; } // Zeige bisherigen Preis fuer Sonderausstattung public double gibPreisSonderausstattung() { return preis_sonderausstattung; } // Berechne den Bruttopreis und drucke Netto- und Bruttopreis. public void PreisDrucken() { preis_netto = preis_netto + preis_sonderausstattung; preis_brutto = preis_netto * 1.19; // Ausdruck Rechnungsfuss System.out.println("Gesamtpreis Netto"); System.out.println( preis_netto + " EURO"); System.out.println("Gesamtpreis Brutto"); System.out.println( preis_brutto + " EURO"); System.out.println("=================="); System.out.println(); }}

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1 Modelle und Modellierung C.O. Wirkliche Welt: Autohaus Modell: Idealisierte Darstellung (Abbildung) der realen Welt zur Veranschaulichung bestimmter