Java Grundlagen 2 - OOP · 5 //RotiereumxPtundyPt 6 } 7 } Brad passt die rotate-Methode der Am oben-Klasse an. F ur den Rotationspunkt erweitert er die Klasse um zwei Attribute. Ansonsten

Institut für Programmierungund Reaktive Systeme

Java Grundlagen 2 - OOP

Markus Reschke

20.08.2014

Warum OOP? OOP mit Java Vererbung Abstrakte Klassen und Interfaces

Eine kleine Geschichte1

Spezifikation

Es sollen Formen in einer GUI angezeigt werden: Ein Quadrat, ein Kreisund ein Dreieck. Wenn der Benutzer auf eine Form klickt, so soll diesesich um 360◦ drehen und es soll eine AIF Audiodatei abgespielt werden,welche fur jede Form eine andere ist.

Zwei Programmierer: Larry und Brad

Wer zuerst liefert, bekommt einen neuen Burostuhl.

Larry arbeitet prozedual

Brad arbeitet objektorientiert

1Entnommen aus ”Head First Java - Second Edition”, Kapitel 2


Die erste VersionLarry uberlegt sich: Was muss das Programm machen? WelcheMethoden werden dazu gebraucht? → rotate und playSound

rotate(shapeNum) {

// Rotiere Form um 360 Grad

}

playSound(shapeNum) {

// Schau nach , welche AIF zur Form gehoert

// Spiele Datei ab

}

Brad uberlegt sich: Welche Dinge tauchen im Programm auf? → DieFormen, aber auch der User, der Click, der Sound etc. (diese werdenhier vernachlassigt)

class Triangle {

rotate () {

//Drehe ein Dreieck

}

playSound () {

// Spiele AIF fuer ein

Dreieck ab

}

}

class Circle {

rotate () {

//Drehe einen Kreis

}

playSound () {

// Spiele AIF fuer einen

Kreis ab

}

}

class Square {

rotate () {

//Drehe ein Rechteck

}

playSound () {

// Spiele AIF fuer ein

Rechteck ab

}

}


Aber...

Larry wird als erster fertig. Aber es gibt eine Anderung der Spezifikation:

Erweiterung der Spezifikation

Es soll nun eine amobenartige Form in der GUI geben.Wenn sie angeklickt wird, soll sie sich wie die anderenFormen drehen und eine HIF Sounddatei abspielen.

(Bild aus HFJ)


V2

Larry muss zwar nicht viel anseinem Code andern, aber er mussbereits getesteten und erprobtenCode andern.

1 playSound(shapeNum) {

2 if (/*Form ist keine Amoebe */) {

3 // Schau nach , welche AIF zur Form

gehoert

4 // Spiele Datei ab

5 } else {

6 // Spiele Amoeben HIF Sounddatei ab

7 }

8 }

Brad schreibt eine neue Klasse furdie Amobe. Den bereitsexistierenden Code fur die anderenFormen muss er nicht anfassen.

1 class Amoeba {

2 rotate () {

3 //Drehe Amoebe

4 }

5 playSound () {

6 // Spiele HIF fuer ein Amoebe ab

7 }

8 }


Der Projektmanager schlagt wieder zu

Larry wird wieder als erster fertig. Aber es noch gibt eine Anderung derSpezifikation:

Anderung der Spezifikation

Brad und Larry haben die Amobe um denMittelpunkt des kleinsten Rechtecks um die Amobegedreht. Die Amobe soll sich um einen freifestlegbaren Punkt drehen.

(Bild nach HFJ)


V3

Larry muss diesmal viel andern, da rotate

neue Paramter bekommen hat. Er mussalso auch alle Stellen andern, andenenrotate benutzt wird.

1 rotate(shapeNum , xPt , yPt) {

2 if (/*Form ist keine Amoebe */) {

3 // Rotiere um Box -Mittelpunkt

4 } else {

5 // Rotiere um xPt und yPt

6 }

7 }

Brad passt die rotate-Methode derAmoben-Klasse an. Fur denRotationspunkt erweitert er die Klasseum zwei Attribute. Ansonsten muss ernur Stellen verandern, an denen Amobenerzeugt werden, anderen Code muss ernicht anfassen.

1 class Amoeba {

2 int xPoint

3 int yPoint

4 rotate () {

5 //Drehe Amoebe um xPoint und yPoint

6 }

7 playSound () {

8 // Unveraendert

9 }

10 }


Der Trick mit der Vererbung

Verursacht Brads OOP Ansatz dopelten Code zwischen denMethoden?

Nicht umbedingt

Auslagern gemeinsamer Eigenschaften in ubergeordnete Klasse →Vererbung

Bild aus Head First Java - Second Edition


Noch ein Trick: Spezialisierung durch Uberschreiben

Nun wurden aber alle Formen gleich rotierenDie Amobe wurde das Verhalten der Elternklasse erben.Methoden konnen in Unterklassen geandert werden →Uberschreiben von Methoden



OOP

Objekte = Verhalten (durch Methoden) + Daten (durch Attribute)

Klassen = Bauplane fur Objekte

Kapselung von Programmteilen

Einfacheres Andern von Programmen

Wiederverwendung von Programmteilen

Markus Reschke | Java Grundlagen 2 - OOP | 10Institut für Programmierung

und Reaktive Systeme


Klassen in Java

1 ZugriffsBeschraenker class KlassenName {

2 // Attribute

3 // Methoden

4 }

Eine Klasse mit public-Zugriffsbeschranker pro .java-Datei


Attribute in Java

Attribute beschreiben die Daten, die jedes Objekt speichert

Klasse gibt an, welche Attribute Objekte dieser Klasse haben

Jedes Objekt verfugt uber eine eigene Kopie dieser Attribute

Anderungen an den Attributen eines Objektes wirken sich nur aufdieses Objekt aus

Attribute sollen fast immer private sein.

Werden fast wie lokale Variablen definiert.


2 T attributsName;

3 T attributsName = Initialisierungswert.

4 // Methoden

5 }


Methoden

Methoden sind die Aktionen, die mit einem Objekt ausgefuhrtwerden konnen

Statische Methoden kennen wir schon

Unterschied zu statischen Methoden: Sie arbeiten auf einzelneObjekte


2 // Attribute

3 Zugriffsbeschraenker Rueckgabetyp name(T1 Paramter1 ,...) {

4 // Anweisungen

5 }

6 }


Zugriffsbeschranker

Zugriffsbeschranker erlauben es, Elemente von Klassen vor dem Zugriffvon außen versteckt. Dies erschwert unsachgemaße Verwendung vonObjekten und erleichtert Kapselung.

Beschranker Klasse Paket Unterklassen Rest

public Y Y Y Y

protected Y Y Y N

keine Angabe Y Y N N

private Y N N NNormalerweise reichen public und private.




Beispiel: Counter

1 public class Counter {

2 private int count;

3

4 public void increase () {

5 count ++;

6 }

7

8 public int getCount () {

9 return count;

10 }

11

12 public void reset() {

13 count = 0;

14 }

15 }


Erzeugen von Objekten

Wir konnen nun selber Klassen erstellen, wie werden diese nunverwendet?

new erzeugt neue Objekte auf dem Heap.

Syntax: new Klassenname(Konstruktorparameter)

new gibt eine Referenz auf das neue Objekt zuruck

obj, Counter,

Stack

Counter {count, int, 1description, String,

}

Heap

String {...

}

1 Counter c = new Counter ();


Der . Operator

Wir konnen jetzt neue Objekte erzeugen.

Wie benutzt man nun ein Objekt?

Der .-Operator kann auf eine Referenz angewendet werden, um aufdie Attribute und Methoden des referenzierten Objekteszuzugreifen.

Voraussetzung ist, dass der Zugriff erlaubt ist (Beschranker)

Syntax: referenz.element

1 Counter c = new Counter ();

2 c.increase ();

3 c.increase ();

4 c.reset();




Konstruktoren

Oft mussen beim Erzeugen von Objekten Attribute initialisiertwerden

Vom Benutzer der Klasse zu verlangen, dass er die Attribute selbernach dem Erzeugen setzt, kann zu Fehlern fuhren

Konstruktoren sind Methoden, die beim Erzeugen des Objektesaufgerufen werden.

Kein Ruckgabetyp, Gleicher Name wie Klasse

Falls keiner selber definiert: Default Konstruktor ohne ParameterKlassenname() wird automatisch erzeugt

Konstruktoren werden nicht vererbt


Beispiel: Counter1 public class Counter {


3

4 public Counter () {

5 this (1);

6 }

7

8 public Counter(int start) {

9 count = start;

10 }

11


13 count ++;

14 }

15


17 return count;

18 }

19


21 count = 0;

22 }

23 }


Verdecken von Attributen und this

Lokale Variablen und Methodenparameter konnen Attributeverdecken

Zugriff auf lokale Variable anstatt aufs Attribut

this ist eine Referenz auf das aktuelle Objekt.

Kann benutzt werden, um trotz des Verdeckens auf das Attributzuzugreifen.




Was Passiert?


2 private int count = 100;

3

4 public void nichtVerdeckt () {

5 System.out.println(count);

6 }

7

8 public void verdeckt () {

9 int count = 0;


11 }

12

13 public void verdecktParam(int count) {


15 }

16

17 public void verdecktThis () {

18 int count = 0;

19 System.out.println(this.count);

20 }

21 }


static

static markiert Elemente von Klassen als statisch

Wird normalerweise hinter dem Zugriffsbeschranker angegeben

Fur statische Attribute existiert nur eine einzige Kopie, die von allenObjektinstanzen dieser Klasse geteilt wird.

Statische Methoden konnen ohne Objektinstanz genutzt werden,durfen aber auch nur auf statische Elemente der Klasse zugreifen

Nicht-statische Attribute existieren ja nur fur Objektinstanzen,statische Methodenaufrufe operieren auf keinem Objekt

Zugriff mit Klassenname.Element




Was Passiert?

1 public class Statisch {

2 public int a = 0;

3 public static int b = 1;

4

5 public static void main(String [] args) {

6 Statisch n1 = new Statisch ();

7 n1.a = 1;

8 Statisch n2 = new Statisch ();

9 n2.a = 2;

10 System.out.println(n1.a);

11 System.out.println(n2.a);

12 n1.b = 5;

13 System.out.println(n1.b);

14 System.out.println(n2.b);

15 System.out.println(Statisch.b);

16 }

17 }


Uberladen von Methoden

Mehrere Methoden in einer Klasse konnen den selben Namen haben

Mussen sich in der Parameterliste unterscheiden (durch andereTypen, andere Anzahl von Parametern oder beidem)

Ruckgabetyp wird nicht zur Unterscheidung herangezogen

Auswahl der passenden Methode geschieht zur Kompilierzeit




Was Passiert?

1 public class Overload {

2

3 public void foo(Object a) {

4 System.out.println("Das war ein Object");

5 }

6

7 public void foo(String a) {

8 System.out.println("Das war ein String");

9 }

10


12 Overload o = new Overload ();

13 Object obj = new String("Foobar");

14 o.foo(obj);

15 String str = new String("Foobar");

16 o.foo(str);

17 }

18

19 }


final

final vor Attributen und lokalen Variablen verhindert das Andern derer Werte

Fur Referenttypen heißt dies: Es kann nicht geandert werden, worauf dieReferenz zeigt.

Das referenzierte Objekt ansich ist jedoch noch veranderbar.

final vor Klassen: Von der Klasse kann nicht geerbt werden

final vor Methoden: Kein Uberschreiben moglich

1 import java.util .*;

2 public class Fin {

3 public static final List <String > l = new ArrayList <String >();

4 public static final int ANSWER = 42;

5


7 System.out.println(l);

8 //Geht nicht , da l final ist

9 //l = new ArrayList <String >();

10 //Das referenzierte Objekt selbst kann geaendert werden

11 l.add("Test");

12 System.out.println(l);

13 }

14 }


Vererbung in Java

Vererbung ermoglicht es, Klassen zu spezialisierenWiederverwendung vorhandener KlassenKindsklasse erhalt alle Attribute und Methoden der ElternklasseSyntax: class Kindsklasse extends Elternklasse ...

Objekte der Kindsklasse sind auch Objekte der ElternklasseKindsklasse kann Methoden andern (uberschreiben), Zugriff aufVersion der Elternklasse mit super

Jede Klasse hat genau eine direkte Elternklasse, ohne Angabe Object



Ein schneller Counter1 public class Counter {


3

4 public Counter(int start) {

5 this.count = start;

6 }

7

8 protected setCount(int count) {

9 this.count = count;

10 }

11


13 count ++;

14 }

15


17 return count;

18 }

19


21 count = 0;

22 }

23 }


Ein schneller Counter

Wichtig: Kindsklasse darf nicht auf private Elemente der Elternklasse zugreifen!

Wichtig: Konstruktoren werden nicht vererbt!

setCount ist protected, damit die Unterklasse, den Counter freier setzen kann

Alternativ: Mehrfache Benutzung von increase der Elternklasse

1 public class FastCounter extends Counter {

2

3 public FastCounter(int start) {

4 super(start);

5 }

6


8 setCount(getCount () + 2);

9 }

10 }


2 super.increase ();

3 super.increase ();

4 }


Polymorphie

Jedes Objekt einer Kindsklasse ist auch ein Objekt seiner Elternklassen.

1 Counter c = new FastCounter (0);

Java lost Methodenaufrufe auf Objekte zur Laufzeit auf

1 c.increase (); //Ruft increase von FastCounter auf , obwohl c eine

Counter -Referenz ist

2 System.out.println(c.getCount ()); // <- 2

Es wird die Methode des Typs des referenzierten Objektes aufgerufen,nicht die vom Typ der Referenz!Das Objekt selbst weiß, wie es was tun muss


Was passiert?

1 public class A {

2 public void say() {

3 System.out.println("Klasse A");

4 }

5 }

6

7 public class B extends A {

8 public void say() {

9 System.out.println("Klasse B");

10 }

11 }

12 ...

13 A a = new A();

14 a.say();

15 B b = new B();

16 b.say();

17 A b2 = new B();

18 b2.say();


== und Referenzen

== vergleicht fur Referenzdatentypen nur, ob beide Referenzen auf dasselbe Objekt zeigen.

1 Counter a = new Counter (0);

2 Counter b = new Counter (0);

3 System.out.println(a == b);

4 Counter c = a;

5 System.out.println(a == c);


equals

Alle Klassen erben von Object

Object hat Methode public boolean equals(Object o)

Ohne Uberschreiben wie ==

Kann in Unterklasse uberschrieben werden, um wertemaßig zuvergleichen

Da eine Referenz auf ein Object ubergeben wird, muss man beimuberschreiben auf zwei Sachen achten: null und den richtigen Typ

o intanceof Klasse gibt true zuruck, wenn o nicht null ist und einObjekt vom Typ der angegebenen Klasse ist


Counter equals()


2 public boolean equals(Object o) {

3 if (!(o instanceof Counter)) {

4 return false; //o null oder falscher Typ

5 }

6 Counter c = (Counter) o;

7 return o.getCount () == getCount ();

8 }

9 }

10

11 Counter a = new Counter (0);

12 Counter b = new Counter (0);

13 System.out.println(a.equals(b));

14 Counter c = a;

15 System.out.println(a.equals(c));


Abstrakte Klassen

Klassen, von denen keine Objektinstanzen erzeugt werden konnen

Bauplane fur andere Klassen

Sind mit abstract markiert.

Konnen Methoden ohne Implementierung enthalten

Diese Methoden mussen auch mit abstract markiert werden.




Ein abstrakter Counter

1 public abstract class IntCounter {


3

4 public IntCounter(int start) {

5 this.count = start;

6 }

7

8 protected setCount(int count) {

9 this.count = count;

10 }

11

12 public abstract void increase ();

13


15 return count;

16 }

17


19 count = 0;

20 }

21 }


Interfaces

Interfaces geben an, uber welche Methoden eine Klasse verfugt

Es wird jedoch keine Implementierung mitgegeben.

Eine Klasse kann beliebig viele Interfaces implementieren (imVergeich zum Erben)

Die Definition eines Interfaces wird mit interface eingeleitet.

Klassen implementieren Interfaces mit implements.

Interfaces sind Typen

Gegen Interfacetyp programmieren → Implementierungen einfachaustauchbar

1 ZugriffsBeschraenker interface KlassenName {

2 // Statische Konstanten (public , static , final sind implizit)

3 int ANSWER = 42;

4 // Abstrakte Methoden (abstract ,public sind implizit)

5 void foo();

6 }


Demo

Demo:UnaryCounter.java

ICounter.javaIntCounter.java

Main.java




Uberblick und Ausblick

Warum OOP?

Klassen

Attribute

Methoden

static

Vererbung

Abstrakte Klassen und Interfaces

Morgen: Weitere Sprachfeatures von Java



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