java und oop - prg2/ss2009/folien/... · java und oop modul: programmierung b-prg ... 10 input n$...
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JAVA und OOP
Modul: Programmierung B-PRGGrundlagen der Programmierung II
Professur für Datenbanken und Informationssysteme (FB 12)
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II2
Java 2 - Geschichte
Ursprung:„Green“-Project bei der Firma Sun Microsystems 1991
Entwicklung eines Systems mit folgenden Eigenschaften:
• hardwareunabhängig
• möglichst klein
Einsatzgebiet: Konsumgeräte, z.B. Umschalter für das Kabelfernsehen
basierend auf C++ (objektorientiert) ohne dessen Schwierigkeiten
Name: zuerst OAK (Object Application Kernel), später Java
Durchbruch: Ende 1995, 1998 dann JAVA 2
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II3
Plattformunabhängigkeit von Java
Erinnerung: Übliche Übersetzungsvorgänge bei Programmiersprachen
• Compiler (bei Modula-2, C usw.):
• Interpreter (bei Basic, Lisp usw.):
MODULE p;
VAR n,i:INTEGER;
BEGIN
FOR i:=1 TO n DO
n:=n*n;
END;
END p.
Programm (Quellcode)
Compiler
00010110010
11001001001
00001110001
11111000001
10101010100
11001100011
11001100111
11000111001
Maschinencode
Ausführung Ergebnis
10 INPUT n$
20 FOR i=1 TO 10
30 PRINT “Hi”,n$
40 NEXT
Anweisung Nr. i
Interpreterer 00010110010
11001001001
Maschinencode
Ausführung Ergebnis Nr. i
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II4
class Dreieck extends GeoObj {
double seite,hoehe,alpha;
Dreieck(double s, double h,
double a) {
this.seite=s; this.hoehe=h;
this.alpha=a;}
double berechneFlaeche() { return 0.5*seite*hoehe);}
}
Java Quellcode
Java
Compiler
Java Bytecode (plattform-
unabhängig)
Java-
Interpreter (i686-CPU)
Java-
Interpreter (SPARC)
Java- Interpreter
(Power PC)
Ergebnis
Ergebnis
Ergebnis
Java
Libraries
Plattformunabhängigkeit von Java
Vorgehensweise bei Java (Java Virtual Machine)
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II5
Dateinamen (Endung)
• Quellcode auf *.java
• Compilierter Code auf *.class
• case sensitiveJava unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (auch im Quellcode)!
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II6
class Dreieck extends GeoObj {
double seite,hoehe,alpha;
Dreieck(double s, double h,
double a) {
this.seite=s; this.hoehe=h;
this.alpha=a;}
double berechneFlaeche() { return 0.5*seite*hoehe);}
}
Java Quellcode
Java
Compiler
Java Bytecode (plattform-
unabhängig)
Java-
Interpreter (i686-CPU)
Java-
Interpreter (SPARC)
Java- Interpreter
(Power PC)
Ergebnis
Ergebnis
Ergebnis
Java
Libraries
HalloWelt.java HalloWelt.class
javac HalloWelt.java java HalloWelt
„Hallo Welt“
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II7
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!“
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II8
Kommentare in Java
// 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 „Kommentar-klammern“ 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.
In Java gibt es drei Möglichkeiten zur Kommentierung:
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; }
}
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II10
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
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II11
Java - API - Dokumentation
http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II12
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
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II13
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!
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II14
Free IDEs
• Eclipse unter: www.eclipse.org
• NetBeans unter: www.netbeans.org
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II15
Programmstruktur:Klassen, Methoden und Variablen
class ClassName {
type variablenName = anfangswert ;
rückgabeType methodenName(typeparameter1, …){
}
}
Ein erstes Beispiel:
class Student {
int semester;
int getSemester() {
return semester;
}
}
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II16
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();
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II17
Was ist Java?
Java =
• Programmiersprache (OO)
• Virtuelle Maschine
• Bibliotheken
class Dreieck extends GeoObj {
double seite,hoehe,alpha;
Dreieck(double s, double h,
double a) {
this.seite=s; this.hoehe=h;
this.alpha=a;}
double berechneFlaeche() { return 0.5*seite*hoehe);}
}
Java Quellcode
Java
Compiler
Java Bytecode (plattform-
unabhängig)
Java-
Interpreter (i686-CPU)
Java-
Interpreter (SPARC)
Java- Interpreter
(Power PC)
Ergebnis
Ergebnis
Ergebnis
Java
Libraries
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II18
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.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II20
Objektorientierung
Das Objektmodell beschreibt „die Welt“
als eine Menge interagierender Objekte.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II21
Kurze Wiederholung von:
• Klasse
• Objekt
• Attribute
• Methoden
• Identität eines Objektes
• Lebenszeit eines Objektes
• Vererbung
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II22
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.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II23
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.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II24
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
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II25
Attribute und Zustand
Die Attribute eines Objekteslegen die Eigenschaften und Zustände des Objektes fest.
Der Zustand eines Objektesist die Gesamtheit der Attribute eines Objektes plus ihre momentanen Werte.
F-CB 2000
DA-XY 123
Typ
Farbe
km/h
PKW
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II26
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
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II27
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
DA-XY 123
Typ
Farbe
km/h
PKW
beschleunigen()
bremsen()
VW
Rot
60
BMW
Gelb
100
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II28
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, nichtseine Identität.
• Gleicher Zustand (also der gleiche Wert) bedeutet nicht gleiche Identität! � Dies ist besonders bei Vergleichsoperationen zu beachten.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II29
Identität eines Objektes
Ein Objekt ohne Namen besitzt zwar eine Identität, ist aber nicht (mehr) erreichbar � Garbage Collection.
Objekt mit zwei Namen und zwei Referenzen Objekt ohne Namen
meinAuto Referenz 2
Referenz 1deinAuto keine Referenzen
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II30
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 CollectionJava 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.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II31
Vererbung (Inheritance) in der OOP
Die Unterklasse erbt alle Merkmale der Oberklasse und istihr 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 oderKlassenhierarchie.
Die Vererbung ist transitiv.
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II32
Beispiel für eine Klassenhierarchie (1)
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.
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Kraftfahrzeug
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II33
Beispiel für eine Klassenhierarchie (2)
LKW ist eine Unterklasse von Kraftfahrzeug. Sie erbt alle Eigenschaften von ihrer Oberklasse, hat aber die zusätzlicheMethode anhängen().
Es gibt auch Kraftfahrzeuge, die keine LKWs sind.
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Kraftfahrzeug
LKW anhängen()
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II34
Beispiel für eine Klassenhierarchie (3)
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.
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Omnibus Stehplätze
Kraftfahrzeug
PKW LKW anhängen()
DBIS - SS2009Grundlagen der Programmierung II35
Beispiel für eine Klassenhierarchie (4)
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.
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Omnibus Stehplätze
Kraftfahrzeug
PKW LKW anhängen()
Limousine Cabriolet Verdeck öffnen()
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