Programmieren in Java - uni-muenster.de · Name: Patrick Förster, Michael Hasseler Wiederholung (Arrays lesen und schreiben) •Ein dynamisch erzeugter Array ist leer •Setzen/Lesen

Name: Patrick Förster, Michael Hasseler

Programmieren in Java

Einführung in die Objektorientierung – Klassen & Objekte


• Statisch:

• Bei erneuter statischer Zuweisung:

• Dynamisch

In jedem Fall muss eine Größe angeben werden

• Entweder explizit (dynamisch) oder implizit (statisch) durch Angabe aller Werten

Wiederholung (Arrays initialisieren)

2 Programmieren in Java

int[] firstSevenFibonacci = {0, 1, 1, 2, 3, 5, 8};

BASISDATENTYP Bezeichner [] = ; { } WERT , WERT , …

WERT DATENTYP

int[] firstSevenFibonacci = new int[7];

BASISDATENTYP Bezeichner [] = ; new BASISDATENTYP [ SIZE ]

Bezeichner = ; { } WERT , … new BASISDATENTYP [ ]

firstSevenFibonacci = new int[] {9, 10, 11, 12, 13, 14, 15};


Wiederholung (Arrays lesen und schreiben)

• Ein dynamisch erzeugter Array ist leer • Setzen/Lesen von Elementen erfolgt über den []-Operator (Index-Operator)

• Achtung: Die Indexmenge beginnt immer bei 0

• Wenn der Compiler automatisch (Coercion) umwandeln kann, tut er dies

• Setzen eines Wertes:

• Lesen eines Wertes


int[] firstSevenFibonacci = new int[7];

firstSevenFibonacci[0] = 10;



VARIABLE [ INDEX ] = ; WERT|AUSDRUCK BASISDATENTYP

int[] firstSevenFibonacci = {0, 1, 1, 2, 3, 5, 8};

firstSevenFibonacci[0] 0



VARIABLE [ INDEX ]


• String ist in Java ein zusammengesetzter Datentyp

• Variablen vom Typ String sind demnach Pointer

• D.h. String-Werte müssen per new erzeugt werden:

• Analog zu Arrays gibt es eine new-lose implizite Erzeugung:

• String ist in Java der einzige nicht numerische und nicht primitive Datentyp, für den der

Operator + definiert ist:

• Sobald ein Operand von Typ String ist, werden alle automatisch umgewandelt

Wiederholung (Strings)


STRING String Bezeichner = " " ;

String String Bezeichner = new ( ) STRING " " ;

String myString = new String("Hello World");

String myString = "Hello World";

String hello = "Hello";

String world = "World";

System.out.println(hello + " " + world); Hello World


Prozedurale Programmierung

• Bisher: Klassische prozedurale Programmierung

• Java ist allerdings eine objektorientierte Sprache

• Rein prozedurale Programmierung daher umständlich:

• Umschließende Klasse ohne logischen Zusammenhang

• Keine Möglichkeit der logischen Zusammenfassung von Methoden

• Beides könnte aufgelöst werden, in dem Klassen als „statische Module“ genutzt

werden

• Was allerdings das Konzept einer Klasse durchbricht

Daher prozedurale Programmierung in Java nicht erstrebenswert



Objektorientierte Programmierung

• Wir denken in Objekten • Jeder Gegenstand, jedes Lebewesen hat bestimmte Eigenschaften

• Jeder Gegenstand, jedes Lebewesen hat bestimmte Fähigkeiten

• Jeder Gegenstand, jedes Lebewesen hat einen bestimmten Nutzen

• Objektorientierte Programmierung:

• Programmatische Problemstellung auf ein natürliches Konzept reduzieren

• Schwierigkeiten:

• Wie identifiziert man Objekte in einem Problem

• Einfacher, wenn die Problemstellung „reale“ Gegenstände enthält

• Wie stehen Objekte in Verbindung

• „Wer macht was“



• Computer Hardware

• Die Hardware soll als Software, also als Programm abgebildet werden

• Der Computer selbst ist schnell als Objekt identifiziert

Beispiel

• Dell:

• 4 GHz AMD Quad-Core

• 8 GB DDR3 SDRAM

• 1500 GB Festplatte

• Windows 8

• …


• iMac:

• 2.9 GHz Intel Core i5

• 8 GB DDR3 SDRAM

• 1000 GB Festplatte

• OS X Yosemite1

• …


Beispiel


Dell

Prozessor: 4 GHz AMD Quad Core

RAM: 8 GB DDR3 SDRAM

Festplatte: 1500 GB

Betriebssystem: Windows 8

iMac

Prozessor: 2.9 GHz Intel Core i5

RAM: 8 GB DDR3 SDRAM

Festplatte: 1000 GB

Betriebssystem: OS X Yosemite

Computer

Prozessor

RAM

Festplatte

Betriebssystem

INSTANZ

KLASSE


Klassen

• In der Objektorientierung dienen Klassen als Blaupause für Objekte

• Eine Klasse beschreibt

• die Eigenschaften eines Objektes

• die Fähigkeiten eines Objektes

• Ein konkretes Objekt wird als Instanz einer Klasse bezeichnet

• Die Instanz legt die konkreten Werte der Eigenschaften fest

• Auf Basis dieser Werte unterscheiden sich die Fähigkeiten der Instanz

• Jede Instanz hat ihr eigenes Set an Werten und nur die eigenen Werte können geändert

werden

• Man kann demnach sagen:

• Jede Instanz ist zusammengesetzt aus Werten für die einzelnen Eigenschaften

• Damit ist jede Klasse eine zusammengesetzter Datentyp



Definition einer Klasse in Java

• Die Datei in der die Klasse definiert wird, muss BEZEICHNER.java heißen

• Die Modifikatoren sind optional, vorerst aber immer: public

• public: Jeder darf Instanzen dieser Klasse erzeugen


MODIFIKATOREN class {

}

BEZEICHNER

MODIFIKATOREN - | public | final

optional

…

public class BEZEICHNER {

…

}


Klasse in NetBeans hinzufügen 1/2

• Im Projektbaum mit rechter Maustaste das Projekt anklicken



Klasse in NetBeans hinzufügen 2/2

• Im Feld Class Name den Klassennamen angeben, hier z. B. Computer



Objekt-Variablen

• Jede Klasse definiert einen neuen zusammengesetzten Datentyp • Daher müssen Werte (Instanzen) dieses Datentyps mit new erzeugt werden

• Instanzen sind damit immer auf dem Heap abgelegt

• Default-Erzeugung einer Instanz:

• Natürlich können Variablen (Pointer) auf Basis einer Klasse definiert werden

• Es bleibt:

• Die Variable kann nur Werte aufnehmen, die vom Typ der Definition sind

• Die Variable myComputer muss daher immer auf eine Instanz der Klasse Computer

verweisen (oder auf null)


new KLASSENBEZEICHNER ( )

new Computer()

new KLASSENBEZEICHNER ( ) KLASSENBEZEICHNER BEZEICHNER

Computer myComputer = new Computer();


Objekt-Attribute

• Im Eingangsbeispiel wurde von den konkreten Beschreibungen auf die Klasse Computer

geschlossen

• Eine Eigenschaft ist eine Variable, deren Scope die Klasse ist:

• Die Eigenschaften müssen also noch auf „passende“ Typen gemappt werden


Computer

Prozessor

RAM

Festplatte

Betriebssystem

public class Computer {

String system;

…

}

DATENTYP BEZEICHNER ;

public { BEZEICHNER

}

…

class

Computer

Prozessor: String

RAM: int

Festplatte: int

Betriebssystem: String


Objekt-Attribute (II)

• Der Zugriff auf ein Objekt-Attribut erfolgt immer über eine Variable

• Wie bereits gesehen, sind Instanzen immer „Heap-Werte“

• Ein Attribut ist dabei ein Wert an einer bestimmten Stelle im Speicherbereich der Instanz,

die über den Attributnamen zugreifbar ist

• Analog: Zugriff auf ein bestimmtes Array-Element über seinen Index

• Der Zugriff muss also per Dereferenzierung erfolgen

• Ein Zugriff auf currentSystem würde zu null auswerten

• Das Objekt-Attribut wurde bisher nur definiert, aber nie initialisiert

• Eine Initialisierung kann bereits bei der Definition erfolgen

• Jede Instanz hat damit als Defaultwert für system den Wert "Windows 8"!



String system;

}


String currentSystem = myComputer.system;


String system = "Windows 8";

}

Computer pc = new Computer();

Computer iMac = new Computer();

pc.system.equals(iMac.system) true


Der null-Pointer

• Pointer-Variablen, denen keine Referenz zugewiesen ist, haben den speziellen Wert null

(Schlüsselwort)

• Der Wert kann explizit zugwiesen werden

• Wird versucht diese Variable zu Dereferenzieren so kommt es zum Fehler:

• Insbesondere werden nicht primitive Arrays mit null-Werte initialisiert:


Computer myComputer = null;

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

String[] someArray = new String[2];

System.out.println(someArray[0]);

null


• Der Modifikator static:

• Mit: zur Klasse gehörig

• Ohne: zur Instanz gehörig Kein static bei Objekt-Methoden

• Die Methode kann nur per Deferenzierung einer Instanz aufgerufen werden

• Der Modifikator public:

• Jeder darf die Methode aufrufen

Vorerst jede Methode public

Objekt-Methoden


optional

public { RÜCKGABETYP ( )

}

SATZ; | BLOCK

DATENTYP BEZEICHNER PARAM-

BEZEICHNER

, …

return AUSDRUCK ;

optional


public void doSomething() {…}

}


pc.doSomething();


Das Schlüsselwort: static

• Angenommen man würde die Methode doSomething mit static definieren:

• Die IDE (oder genauer: der Compiler) wird sofort monieren:

• Eine statische Methode hat keinen Zugriff auf Objekt-Attribute

• Sie gehört “zur Klasse” nicht aber zur Instanz

• Der Zugriff erfolgt daher auch direkt über die Klasse:

• Die main-Methode ist daher static (wer sollte die nötige Instanz erzeugen?)




public static void doSomething() {

System.out.println("I like: " + system);

}

}

non-static variable “system” cannot be referenced from a static context

Computer.doSomething();


Das Schlüsselwort: this

• Objekt-Attribute können innerhalb einer Methode überdeckt werden

• Der Zugriff auf ein Attribut erfolgt immer über seine Instanz

• Dies ist auch innerhalb eines Objektes der Fall, allerdings implizit

• Der Compiler überprüft zuerst, ob eine Variable lokal definiert wurde

• Falls nicht, überprüft er ob ein „passendes“ Objekt-Attribut existiert • Falls ja, wird implizit der Variablenaufruf um das Schlüsselwort this ergänzt

• this ist ein spezieller Pointer, der immer auf die aktuelle Instanz verweist

• Besser ist es den Zugriff auf Attribute immer explizit mit this zu schützen




public void doSomething() {

String system = "Linux";

System.out.println(" I like: " + system);

}

}


pc.doSomething();

"I like: Linux";

public void doSomething() {

String system = "Linux";

System.out.println("I like: " + this.system);

}


pc.doSomething();

"I like: Windows 8";


• Meist ist eine enge Kapselung von Attribut und Instanz erstrebenswert:

• Attribute sollten nur durch die zugehörige Instanz geändert/gelesen werden

• Bislang ist ein Attribut allerdings auch von außen änder- bzw. lesbar • Der Modifikator private definiert, dass ein Attribut nur noch von der eigenen Instanz

geändert bzw. gelesen werden kann

• Der Zugriff und das Ändern erfolgt dann über zwei Methoden:

• set/get + uppercase(A) + ttributename

• Setter: Setzten eines neuen Wertes

• Getter: Lesen des Attributes

Attribut-Kapselung



private int ram;

public void setRam(int ram) {

this.ram = ram;

}

public int getRam() {

return this.ram;

}

}


private int ram;

}


int currentRam = myComputer.ram;


Warum?

• Das Attribut gehört zur Instanz, also soll auch die Instanz die Kontrolle haben

• Kapselung macht ein Attribut resistent vor

• invaliden Werten: Die Instanz kann vor dem Setzen über den Setter den Wert validieren

und ggfs. „ablehnen“

• Änderung der internen Repräsentation

• Definierter Datentyp stellt sich intern als ungeeignet dar

• Änderung möglich, das Attribut gekapselt

• Getter/Setter-Typ bleibt allerdings beim „alten“ Typ



private int ram;

public void setRam(int ram) {

if (ram < 4 || ram > 16) {

return ;

}

this.ram = ram;

}

}


Von außen, von innen


• Der Scope einer Instanzvariablen legt die Zugriffsberechtigungen auf Methoden und

Attribute der Instanz fest

• Der Scope von pc ist die Methode main, deren Scope die Klasse Main

• Das Attribut processor wird als private deklariert

• Es kann daher nur innerhalb der Klasse Computer dereferenziert werden

• Die Zuweisung von außen (temp1) ist damit nicht möglich

• Die Methode getProcessor ist public

• Sie kann „von überall“ also auch von außen (main) aufgerufen werden

• Die Zuweisung temp2 ist damit erlaubt

public class Main {

public static void main(String[] args) {

Computer pc = new Computer(

"4 GHz AMD Quad Core"

);

String temp1 = pc.processor;

String temp2 = pc.getProzessor();

}

}


private String processor;

public Computer (String processor) {

this.processor = processor;

}

public String getProcessor() {

return this.processor;

}

}


Die Computer-Klasse

• „Quellcode-Konvention“ in der Java-Entwicklung:

• Klassennamen werden groß geschrieben

• Attributnamen werden klein geschrieben

• Objekt- und Klassenmethodennamen werden klein geschrieben

• Zweite Wort in einem Namen wird groß beginnend angefangen


Computer

Prozessor: String

RAM: int

Festplatte: int

Betriebssystem: String


private String processor;

private int ram;

private int hd;

private String system;

public void setProcessor(String processor) …

public int getProcessor () …

public void setRam(int ram) …

public int getRam() …

…

}


Die Computer-Klasse

• Nun da die Attribute der Computer-Klasse identifiziert, typisiert und implementiert wurden,

können die konkreten Instanzen erstellt werden:

• Die Instanziierung erfolgt in der main-Methode

• Für die main-Methode sollte eine neue Klasse erstellt werden

• Diese sollte lediglich die main-Methode enthalten


Computer dell = new Computer();

dell.setProcessor("4 GHz AMD Quad Core");

dell.setRam(8);

dell.setHd(1500);

dell.setSystem("Windows 8");

Computer iMac = new Computer();

iMac.setProcessor("2.9 GHz Intel Core i5");

iMac.setRam(8);

iMac.setHd(1000);

iMac.setSystem("OS X Yosemite");


Konstruktoren

• Im Beispiel werden iMac und dell über die Setter-Methoden initialisiert

• Diese Initialisierung basiert allerdings rein auf „gutem Willen“

• Einzelne Setter-Aufrufe können weggelassen werden

• Syntaktisch ist dies kein Problem, aber evtl. semantisch

• Um im Bild zu bleiben: Ein Computer benötigt einen Prozessor • Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode zur Initialisierung einer Instanz

• Per Default besitzt jede Klasse implizit den „leeren Konstruktor“ • Ein Konstruktor wird automatisch beim Erzeugen mit new aufgerufen

• Ein Konstruktor muss so heißen wie seine Klasse • Ein Konstruktor hat keinen Rückgabewert und damit also auch kein return



public Computer() {}

}


public class {

}

BEZEICHNER

…

public BEZEICHNER ( ) { }


Konstruktoren (II)

• Die Anzahl an Konstruktoren ist beliebig (Überladung von Methoden)

• Sobald ein eigener Konstruktor definiert wurde, ist eine Instanz nicht mehr über den

Default-Konstruktor erzeugbar

• Stattdessen muss mit der Erzeugung genau ein Konstruktor erfüllt werden • Die Erzeugung ist demnach nichts weiter als new + Methodenaufruf

• Wobei die Methode ein Konstruktor sein muss

• So kann die Initialisierung bestimmter Attribute sichergestellt werden



public Computer (String processor, int ram, String system) {

this.processor = processor;

this.ram = ram;

this.system = system;

}

…

}


Computer dell = new Computer("4 GHz AMD Quad Core");

Computer dell = new Computer("4 GHz AMD Quad Core", 8, "Windows 8");


Funktionalität

• Die Eigenschaften eines Computers werden als Attribute definiert

• Bisher ist jede Computer-Instanz lediglich ein „Daten-Container“ • Solche Instanzen werden POJOs genannt (Plain Old Java Object)

• Wieder im Bild: Ein Computer ist mehr als nur seine Bestandteile

• Zumindest wird man einen Computer an und ausschalten können

• Diese Fähigkeiten sollten in der Klasse verankert werden:

• Die Methoden wurden in Abhängigkeit der Objekt-Attribute definiert

• Die Attribute bestimmen das Verhalten der Methode



…

public void on() {

System.out.println("Booting: " + this.system);

}

public void off() {

System.out.println("Shutdown: " + this.system);

}

…

}

Computer dell = new Computer(

"4 GHz AMD Quad Core", 8, "Windows 8"

);

dell.on(); // Botting: Windows 8

dell.off(); // Shutdown: Windows 8

Computer iMac = new Computer(

"2.9 GHz Intel Core i5", 8,

"OS X Yosemite"

);

iMac.on(); // Botting: OS X Yosemite

iMac.off(); // Shutdown: OS X Yosemite


Funktionalität II

• Die Eigenschaften eines Computers sollen ausgegeben werden können

• Die Methode print soll diese Funktionalität kapseln



…

public void print() {

String out = "";

out += "Operating System: " + this.system + "\n";

out += "Processor: " + this.processor + "\n"

out += "RAM: " + this.ram + " GB\n";

out += "HD: " + this.hd + " GB\n";

out += "Power: " + this.power + "\n"

System.out.println(out);

}

…

}


Der Weg zur Klasse


Analyse

Klassen identifizieren

Attribute identifizieren

Attribute typisieren

Attribute kapseln

Konstruktoren festlegen

Funktionalität identifizieren

Methoden definieren

Neue Funktionalität

kann zu neuen

Attributen führen

Typisierung kann zu neuen

Klassen führen

Neue Klassen können eine erneute Analyse erfordern


Zusammenfassung

• Sie können eine Klasse in Java schreiben, die

• Attribute besitzt

• Konstruktor(en) hat

• Methoden hat

• Sie kennen die Bedeutung der Zugriffsmodifizierer private und public

• Sie kennen den Unterschied und die aufrufweise von Klassen- und Objektattributen

bzw. -methoden

• Sie können ein Objekt einer Klasse instanziieren



Aufgaben

• Aufgabe 1.)

• Legen Sie ein neues Netbeans-Projekt an. • Fügen Sie die Klasse Person hinzu:

• Die Klasse soll folgende Eigenschaften vom Typ String und privat im Zugriff

haben: Vorname, Nachname, Geburtsort, Geburtsdatum

• Implementieren Sie einen Konstruktor, der als Parameter den Vornamen, den

Nachnamen, den Geburtsort und das Geburtsdatum für die Initialisierung übergeben

bekommt. • Fügen Sie der Klasse die Methode ausgabe hinzu, welche die Attribute der

Instanz ausgibt. • Schreiben Sie in der Klasse Main eine main-Methode, die nacheinander 4 Objekte

des Typs Person instanziiert und rufen Sie zu jedem Objekt die Methode ausgabe

auf, sodass die Ausgabe wie die ersten 4 Zeilen des letzten Folie entspricht. (Tipp: Im

Computer-Beispiel im Internet zur Vorlesung 6 finden Sie die Attribute nummer und

maxNummer, die Sie für die Nummerierung der Personen wiederverwenden können)



Aufgaben

• Aufgabe 2.) • Fügen Sie der Klasse Person die Methode istGleich hinzu, die einen Parameter

vom Typ Person übergeben bekommt. Die übergebene Person soll mit der aktuellen

Person (this) bzgl. der Attribute Vorname, Nachname, Geburtsort und Geburtsdatum

verglichen werden. Falls alle Daten identisch sind, liefert die Methode true, sonst false. • Implementieren Sie in der Klasse Main die Methode vergleiche, die zwei Objekte

vom Typ Person als Parameter übergeben bekommt. Diese nutzt die Methode

istGleich von der Klasse Person zum Vergleichen. Fügen Sie der Methode

vergleiche Ausgabetext(e) hinzu, die ausgibt, ob die beiden Objekte identisch oder

unterschiedlich sind. • Rufen Sie 6 mal die Methode vergleiche mit den entsprechenden Objekten vom

Typ Person auf, sodass die Ausgabe in der Konsole um die letzten 6 Zeilen der letzten

Folie erweitert wird: • Bedingung: Der Zugriff auf die Attribute der Klasse Person soll weiterhin gekapselt

bleiben.



Aufgaben


Documents

Programmieren in Java - uni-muenster.de · Name: Patrick Förster, Michael Hasseler Wiederholung (Arrays lesen und schreiben) •Ein dynamisch erzeugter Array ist leer •Setzen/Lesen