7. Objektorientierung. Informatik II für Verkehrsingenieure

Transkript

1 7. Objektorientierung Informatik II für Verkehrsingenieure

2 Klassen, Objekte und Attribute

3 Buslinie und Haltestellen 3

4 Haltestellen und deren Eigenschaften Bauplan einer Haltestelle (Struktur) Konkrete Haltestelle (Inhalt) Klasse Objekt Jede Haltestelle hat... einen Namen. eine Fahrtzeit. eine (oder keine) nachfolgende Haltestelle. Diese Haltestelle hat... den Namen Technische Universität. eine Fahrtzeit von 7 min. jene nachfolgene Haltestelle. x 7

5 Buslinien und deren Eigenschaften Bauplan einer Buslinie (Struktur) Klasse Jede Buslinie... hat eine Nummer. eine erste Haltestelle. Konkrete Buslinie (Inhalt) Objekt Diese Buslinie hat... die Nummer 61. jene erste Haltestelle. 10

6 Zusammenfassung der Begriffe Klassen Baupläne für Objekte, die festlegen, welche Eigenschaften und Verhaltensweisen Objekte dieser Klasse haben. Objekte Eigenständiges Element (Instanz) einer Klasse Attribute/Attributwert Eigenschaft einer Klasse/Wert einer Eigenschaft eines Objektes 11

7 Klassen, Objekte und Attribute in Java

8 Projektaufbau Eine Datei pro Klasse Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Hauptdatei mit main-funktion Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; 13

9 Instanziierung von Objekten Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Instanziierung einer Buslinie Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; Buslinie b int nummer Haltestelle start 14

10 Setzen von Attributwerten Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Zuweisung der Nummer der Buslinie Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; Buslinie b int 61 nummer Haltestelle start 15

11 Instanziierung von Objekten in Java Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Instanziierung einer Haltestelle Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Haltestelle h1 = new Haltestelle(); Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; Haltestelle h1 Buslinie b int 61 nummer Haltestelle start String name int fahrtzeit Haltestelle nachfolger 16

12 Setzen von Attributwerten Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; Haltestelle h1 Buslinie b Zuweisung von Name und Fahrtzeit Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Haltestelle h1 = new Haltestelle(); h1.name = Tharandter Straße ; h1.fahrtzeit = 0; int 61 nummer Haltestelle start String name int 0 fahrtzeit Haltestelle nachfolger Tharandter Straße 17

13 Setzen von Attributwerten Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; Haltestelle h1 Buslinie b Zuweisung einer Starthaltestelle Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Haltestelle h1 = new Haltestelle(); h1.name = Tharandter Straße ; h1.fahrtzeit = 0; b.start = h1; int 61 nummer Haltestelle start String name int 0 fahrtzeit Haltestelle nachfolger Tharandter Straße 18

14 Instanziierung von Objekten in Java Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Haltestelle h1 = new Haltestelle(); h1.name = Tharandter Straße ; h1.fahrtzeit = 0; b.start = h1; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; 19

15 Zusammenfassung Klassen und Dateien Eine Hauptdatei mit main-funktion Pro Klasse eine Datei (Klassenname = Dateiname) public class KLASSENNAME {... Objekte Instanziierung mit new- Operator KLASSENNAME BEZEICHNER = new KLASSENNAME(); Attribute Deklaration mit Datentyp und Namen in der Klasse Datentypen können - bereits bekannt sein (String, int, double,...) oder - Zeiger auf Objekte Zugriff auf Attribute eines Objektes DATENTYP ATTRIBUTNAME; OBJEKTBEZEICHNER.ATTRIBUTNAME = WERT; 20

16 Aufgabe 1: Instanziierung von Objekten Füge die nächste Haltestelle hinzu! Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Haltestelle h1 = new Haltestelle(); h1.name = Tharandter Straße ; h1.fahrtzeit = 0; b.start = h1; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; 21

17 Eigenschaften der Instanziierung Beobachtungen Eine Zeile für das Anlegen eines Objektes und eine Zeile pro Attribut viel Code, wenig Übersicht Anlegen von Buslinien ohne Nummer, Haltestellen ohne Namen möglich Mögliche Inkonsistenzen Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(); b.nummer = 61; Haltestelle h1 = new Haltestelle(); h1.name = Tharandter Straße ; h1.fahrtzeit = 0; b.start = h1; 26

18 Eigenschaften der Instanziierung Beobachtungen Eine Zeile für das Anlegen eines Objektes und eine Zeile pro Attribut viel Code, wenig Übersicht Anlegen von Buslinien ohne Nummer, Haltestellen ohne Namen möglich Mögliche Inkonsistenzen Vorteile der Nutzung von Konstruktoren Weniger Code und bessere Übersicht Nur Buslinien mit Nummern, nur Haltestellen mit Namen Bessere Idee mit Konstruktoren Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.start = h1; 27

19 Konstruktoren

20 Instanziierung mit Konstruktoren Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Instanziierung Buslinie mit Parameter Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { // Buslinie b = new Buslinie(); // b.nummer = 61; Buslinie b = new Buslinie(61); Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; 29

21 Instanziierung mit Konstruktoren Definition des Konstruktors in der Klasse Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; 30

22 Konstruktoren Definition in der jeweiligen Klasse kein Rückgabetyp heißt wie die Klasse Eingabeparameter können Attributen übergeben werden public class KLASSENNAME {... public KLASSENNAME(DATENTYP BEZEICHNER,...){ ATTRIBUTNAME = BEZEICHNER;... Instanziierung an anderer Stelle im Programm Eingabeparameter müssen dem Typ in der Definition entsprechen KLASSENNAME BEZEICHNER = new KLASSENNAME(...); 31

23 Aufgabe 2: Konstruktoren Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; Instanziierung Haltstelle mit Parameter Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); //Haltestelle h1 = new Haltestelle(); //h1.name = Tharandter Straße ; //h1.fahrtzeit = 0; Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.start = h1; 32

24 Zusammenfassung Klassen Baupläne für Objekte, die festlegen, welche Eigenschaften und Verhaltensweisen Objekte dieser Klasse haben. Objekte Eigenständiges Element (Instanz) einer Klasse Attribute/Attributwert Eigenschaft einer Klasse/Wert einer Eigenschaft eines Objektes Konstruktoren Methoden zur Erzeugung eines Objektes 35

25 Sichtbarkeiten und Datenkapselung

26 Kapselung der Daten im Objekt Geheimnisprinzip Attribute sollen von außen nicht für andere Objekte zugreifbar sein Nur das Objekt selbst soll seine Attribute ändern dürfen Realisierung über Zugriffmodifizierer private Zugriff auf Daten des Objektes über Methoden 37

27 Private Attribute Haltestelle.java public class Haltestelle { String name; int fahrtzeit; Haltestelle nachfolger; public Haltestelle (String n, int f){ name = n; fahrtzeit = f; Direkter Attributzugriff Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.start = h1; Buslinie.java public class Buslinie { int nummer; Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; 38

28 Private Attribute Haltestelle.java public class Haltestelle { private String name; private int fahrtzeit; private Haltestelle nachfolger; public Haltestelle (String n, int f){ name = n; fahrtzeit = f; Direkter Attributzugriff Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.start = h1; Buslinie.java public class Buslinie { private int nummer; private Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; 39

29 Zugriffsmodifizierer Ziel der Datenkapselung Nutzen von definierten Schnittstellen Innenleben einer Klasse weitestgehend geheim, von außen nicht sichtbar Fehlervermeidung Generell Stehen vor Klassen, Methoden, Attributen public Andere Objekte dürfen auf Attribut, Methode, Klasse zugreifen. private Nur das Objekt selbst darf auf Attribute oder Methoden zugreifen. 40

30 Private Attribute Haltestelle.java public class Haltestelle { private String name; private int fahrtzeit; private Haltestelle nachfolger; public Haltestelle (String n, int f){ name = n; fahrtzeit = f; Direkter Attributzugriff Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.start = h1; Buslinie.java public class Buslinie { private int nummer; private Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; 41

31 Methoden

32 Getter und Setter Definition von Methoden Buslinie.java public class Buslinie { private int nummer; private Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; public void setstart(haltestelle h){ start = h; public Haltestelle getstart(){ return start; Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); 43

33 Getter und Setter Buslinie.java public class Buslinie { private int nummer; private Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; public void setstart(haltestelle h){ start = h; public Haltestelle getstart(){ return start; Aufruf von Methoden Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.setstart(h1); Haltestelle halt = b.getstart(); 44

34 Getter und Setter Getter Methode ohne Eingabeparameter Gibt den aktuellen Wert eines Attributes zurück Rückgabetyp ist der Datentyp des Attributs Setter Setzt Attributwerte Parameter mit Datentyp des Attributs als Eingabe Keine Rückgabe (void) public class Buslinie { private Haltestelle start;... public Haltestelle getstart(){ return start; public class Buslinie { private Haltestelle start;... public void setstart(haltestelle h){ start = h; 45

35 Aufgabe 3: Getter und Setter für Nummer Buslinie.java public class Buslinie { private int nummer; private Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; public void setstart(haltestelle h){ start = h; public Haltestelle getstart(){ return start; Aufruf von Methoden Buslinienverwaltung.java public class Buslinienverwaltung { public static void main(string[] args) { Buslinie b = new Buslinie(61); Haltestelle h1 = new Haltestelle( Tharandter Straße, 0); b.setstart(h1); Haltestelle halt = b.getstart(); b.setnummer(66); int num = b.getnummer(); 46

36 Zusammenfassung Buslinie.java public class Buslinie { private int nummer; private Haltestelle start; public Buslinie(int n){ nummer = n; public void setstart(haltestelle h){ start = h; public Haltestelle getstart(){ return start; public void setnummer(int n){ nummer = n; public int getnummer(){ return nummer; Klassen Baupläne für Objekte, die festlegen, welche Eigenschaften und Verhaltensweisen Objekte dieser Klasse haben. Objekte Eigenständiges Element (Instanz) einer Klasse Attribute/Attributwert Eigenschaft einer Klasse/Wert einer Eigenschaft eines Objektes Konstruktoren Methoden zur Erzeugung eines Objektes Methoden Ändern von Attributwerten und Ausführen von Aktionen 48

37 UML - Unified Modeling Language

38 Einführung UML (Unified Modeling Language) Was ist UML? grafische Notation für die Beschreibung objektorientierter Konzepte legt verschiedene Diagrammarten mit den entsprechenden Symbolen fest Unterscheidung in Strukturdiagramme und Verhaltensdiagramme Diagramm, welches eine statische (unveränderliche, zeitinvariante) Komponente eines Systems modelliert Diagramm, das die dynamische Komponente eines Systems modelliert Diagramm, welches Klassen, Schnittstellen und Beziehungen modelliert 50

39 Klassendiagramm Buslinie - nummer: int - start: Haltestelle + Buslinie( n: int ) + getnummer( ) : int + setnummer( n: int ) + getstart( ) : Haltestelle + setstart( h: Haltestelle ) Haltestelle - name: String - fahrtzeit: int - nachfolger: Haltestelle + Haltestelle(n: String, f: int ) + getname( ) : String + setname( n: String ) + getfahrtzeit( ): int + setfahrtzeit(): int + getnachfolger( ): Haltestelle + setnachfolger(h: Haltestelle) 51

40 Klassendiagramm Klassen Jede Klasse als Rechteck dargestellt Drei Kompartments durch Linie getrennt - Klassenname - Attribute - Konstruktoren und Methoden Buslinie - nummer: int - start: Haltestelle + Buslinie( n: int ) + getnummer( ) : int + setnummer( n: int ) + getstart( ) : Haltestelle + setstart( h: Haltestelle ) Haltestelle - name: String - fahrtzeit: int - nachfolger: Haltestelle + Haltestelle(n: String, f: int ) + getname( ) : String + setname( n: String ) + getfahrtzeit( ): int + setfahrtzeit(): int + getnachfolger( ): Haltestelle + setnachfolger(h: Haltestelle) 52

41 Klassendiagramm Attribute Sichtbarkeiten: private (-) oder public (+) Bezeichner : Datentyp Buslinie - nummer: int - start: Haltestelle + Buslinie( n: int ) + getnummer( ) : int + setnummer( n: int ) + getstart( ) : Haltestelle + setstart( h: Haltestelle ) Haltestelle - name: String - fahrtzeit: int - nachfolger: Haltestelle + Haltestelle(n: String, f: int ) + getname( ) : String + setname( n: String ) + getfahrtzeit( ): int + setfahrtzeit(): int + getnachfolger( ): Haltestelle + setnachfolger(h: Haltestelle) 53

42 Klassendiagramm Konstruktuoren und Methoden Sichtbarkeiten: private (-) oder public (+) Bezeichner Parameterliste - mit Klammern umschlossen ( ) - Parameter durch Komma getrennt - Parameter mit Name : Datentyp Bei Methoden mit Rückgabe zusätzlich - : - Rückgabetyp Buslinie - nummer: int - start: Haltestelle + Buslinie( n: int ) + getnummer( ) : int + setnummer( n: int ) + getstart( ) : Haltestelle + setstart( h: Haltestelle ) Haltestelle - name: String - fahrtzeit: int - nachfolger: Haltestelle + Haltestelle(n: String, f: int ) + getname( ) : String + setname( n: String ) + getfahrtzeit( ): int + setfahrtzeit(): int + getnachfolger( ): Haltestelle + setnachfolger(h: Haltestelle) 54

43 Klassendiagramm Beziehungen (Assoziationen) Beziehung zwischen zwei oder mehr Klassen Linie zwischen zwei Klassen Haltestelle Buslinie - nummer: int - start: Haltestelle + Buslinie( n: int ) + getnummer( ) : int + setnummer( n: int ) + getstart( ) : Haltestelle + setstart( h: Haltestelle ) - name: String - fahrtzeit: int - nachfolger: Haltestelle + Haltestelle(n: String, f: int ) + getname( ) : String + setname( n: String ) + getfahrtzeit( ): int + setfahrtzeit(): int + getnachfolger( ): Haltestelle + setnachfolger(h: Haltestelle) 55

44 Klassendiagramm Beziehungen (Assoziationen) Aggregationen Beziehung der Teile zu einem Ganzen (Buslinie ergibt keinen Sinn ohne eine Starthaltestelle) Teile in einer Aggregation können existieren, wenn das Ganze nicht existiert (Die Starthaltestelle kann ohne die Buslinie existieren) Buslinie - nummer: int - start: Haltestelle + Buslinie( n: int ) + getnummer( ) : int + setnummer( n: int ) + getstart( ) : Haltestelle + setstart( h: Haltestelle ) Haltestelle - name: String - fahrtzeit: int - nachfolger: Haltestelle + Haltestelle(n: String, f: int ) + getname( ) : String + setname( n: String ) + getfahrtzeit( ): int + setfahrtzeit(): int + getnachfolger( ): Haltestelle + setnachfolger(h: Haltestelle) 56

45 UML Modellierung von Listen

46 Klassendiagramm Listen als Abstraktion der Buslinie Buslinie als Liste Haltestelle als Element Element - obj: Objekt - nachfolger: Element - kopf: Element Liste + setersteselement(e: Element) + getersteselement( ): Element + getletzteselement( ): Element + entferneersteselement( ) +giballeelementeaus( ) + setobjekt(obj: Objekt) + getobjekt( ): Objekt +setnachfolger(n: Element) +getnachfolger( ): Element 58

47 Zusammenfassung Objektorientierung Konzepte der Objektorientierung Klassen Objekte Attribute, Methoden, Konstruktoren Datenkapselung Implementierung Definition von Klassen Definition von Attributen, Methoden und Konstruktoren Zugriffsmodifizierer Instanziierung von Objekten, Zugriff auf Attribute, Methodenaufrufe UML Verschiedene Diagrammtypen Klassendiagramme 59