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OOP und JAVA(Vorlesung 11-13)
Modul: Programmierung B-PRGGrundlagen der Programmierung II
Prof. Dot.-Ing. Roberto Zicari
unter Mitarbeit von N. Hoebel und C. Schefels
Professur für Datenbanken und Informationssysteme (FB 12)
27.06 / 04.07 / 11.7 2007
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20073
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
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20074
Schlagwörter
• „Objektorientiert“
• „Einfach“
• „Verteilt“
• „Sicher“
• „Dynamisch“
• „Robust“
• „Multithreaded“
• „Interpretiert“ & „Plattformunabhängig“
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20075
Java 2 - Varianten• Micro Edition (J2ME) für eingebettete Systeme, PDAs, Smart Phones etc.
• Standard Edition (J2SE)„normales“ JDK - Java Development Kit
• Enterprise Edition (J2EE)EJBs, Servlets
Ab der Version Java 1.2 spricht man von Java 2!
Die zur Zeit neuste Version ist Java 1.6und ist bekannt als Edition 6, ‘Mustang‘-Release.
Online:
Die Varianten können heruntergeladen werden unter:
http://java.sun.com
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20076
JDK Paket
Das JDK enthält Compiler, Interpreter, Debugger und Klassenbibliotheken, aber keinen Editor !
Verzeichnisstruktur
\jdk Stammverzeichnis\docs Dokumentation in HTML\bin Compiler und Tools\demo Beispieldateien\include Dateien für native Methoden\lib Bibliotheksdateien\src Quellcode der Bibliotheken
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20077
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
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20078
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
Plattformunabhängigkeit von Java
Vorgehensweise bei Java (Java Virtual Machine)
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20079
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.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200710
Arten von Java-Programmen
Applikationen:
• „normale“ Programme (vergleichbar mit anderen Sprachen wie Modula-2, C)
• eigenständig und ohne Sicherheitseinschränkungen
• Eine auszuführende Klasse muss eine main-Methode enthalten
• Aufruf durch den Java-Interpreter java
Applets:
• Java-Programme für den Einsatz in einem WWW-Browser
• Einbettung in eine HTML-Seite durch das <applet>- oder das <object>-Tag
• nicht eigenständig
• keine main-Methode erforderlich; spezielle Schnittstelle
• Sandbox-Prinzip / Sicherheitseinschränkungen
• JRE (Java Runtime Environment)
Server-Anwendungen:
• Servlets (Java Server Pages), Enterprise Java Beans
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200711
Dateinamen (Endung)
• Quellcode auf *.java
• Compilierter Code auf *.class
• case sensitiveJava unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (auch im Quellcode)!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200712
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!“
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200713
Entwicklungsprozess
Problem, die auftreten könnten beim Compilieren
• die Umgebungsvariablen PATH und CLASSPATH müssen gesetzt werden. Z.B. durch path=%path%;c:\jdk\bin
set CLASSPATH=c:\jdk\lib
– Win95/98 in der Datei autoexec.bat
– WinNT in der Systemsteuerung -> System -> Umgebung
– WinXP in der Systemsteuerung -> System -> Erweitert
-> Umgebungsvariablen
- Linux-Bash: export=$PATH:/usr/share/jdk
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200714
Entwicklungsprozess
• bei der Verwendung von Paketen (package) muß der Compiler und der Interpreter über dem Verzeichnis aufgerufen werden. c:\javacode> javac c:\javacode\paket1\datei.java
c:\javacode> java paket1.datei
das Paket (=Verzeichnis) ist hier paket1.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200715
Programmstruktur:Klassen, Methoden und Variablen
class ClassName {
type variablenName = anfangswert ;
rückgabeType methodenName(type parameter1, …){
}
}
Ein erstes Beispiel:
class Student {
int semester;
int getSemester() {
return semester;
}
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200716
Klassen, Methoden und Variablen
Objekt student1 erzeugen:
Student student1 = new Student();
Methode aufrufen und Rückgabewert speichern:
int semanzahl = student1.getSemester();
Konstruktor:
Student() { … }
Student(int semester) { … }
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200717
Applets
Beispiel:
package simpleapplet;
import java.awt.Graphics;
class HelloWorld extends java.applet.Applet {
public void paint (Graphics g) {
g.drawString(“Hallo Welt!”, 10, 10);
}
}
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200718
Einbindung des Applet in HTML
<html>
<body>
<applet
codebase = "."
code = "simpleapplet.HelloWorld.class"
width = "400"
height = "300"
>
</applet>
</body>
</html>
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200720
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!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200722
Eclipse
• Eclipse 3.x unter: www.eclipse.org
• PlugIn Omondo für UML www.omondo.de„Eclipse UML free Edition“ !!!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200723
Java - API - Dokumentation
http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200727
Literatur zu Java• Java Homepage Sun: http://java.sun.com
• Java API Specification: http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
• Java Compiler JDK 5.0 und Virtuelle Maschine JRE 5.0:http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp
• Java Tutorial: http://java.sun.com/developer/onlineTraining/new2java/index.html
• Horstmann, Cornell: "Core Java 2, Band 1", Addison-Wesley
• Java News: http://www.onjava.com/
• Reading: „Thinking in Java 3“ von Bruce Eckel !!!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200729
Objektorientierung
Das Objektmodell beschreibt „die Welt“
als eine Menge interagierender Objekte.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200730
Kurze Wiederholung von:
• Objekt
• Klasse
• Attribute
• Methoden
• Identität eines Objektes
• Lebenszeit eines Objektes
• Vererbung
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200731
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.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200732
Klasse
Eine Klasse (Typ, Schablone) ist
• die Spezifikation einer Menge von Objekten mit gleicher Struktur und gleichem Verhalten („Schablone“).
• eine Realisierung eines abstrakten Datentyps (ADT).
• ein benutzerdefinierter Typ in einer objektorientierten Programmiersprache.
• eine zur Compilezeit des Programms notwendige Typspezifikation.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200733
Beispiele
• „Mr. and Mrs. Smith“-DVD
• „King Kong“-DVD
DVD
• ein Kreis mit dem Radius 5 und Mittelpunkt (42,17)
• eine Pyramide mit Grundfläche 3x4 und Höhe 6
usw.
Geometrische Formen
• mein Auto
• dein Auto
• das Auto mit dem Kennzeichen F-CB 2000
usw.
PKW
Objekte (Instanzen)Klasse
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200734
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
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200735
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
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200736
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
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200737
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, nicht seine Identität.
• Gleicher Zustand (also der gleiche Wert) bedeutet nicht gleiche Identität! � Dies ist besonders bei Vergleichsoperationen zu beachten.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200738
Identität eines Objektes
Ein Objekt ohne Namen besitzt zwar eine Identität, ist aber nicht (mehr) erreichbar � Garbage Collection.
Objekt ohne Namen Objekt mit zwei Namen und zwei Referenzen
meinAuto Referenz 2
Referenz 1deinAuto keine Referenzen
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200739
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!
Hat man die Referenzen vieler Objekte auf NULL gesetzt, kann man mit System.gc() der Virtuellen Maschine den Einsatz des GarbageCollectors empfehlen. System.gc() sollte jedoch nur sehr sparsam verwendet werden!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200740
Vererbung (Inheritance) in der OOP
Eigenschaften der Vererbung von einer Oberklasse zu seinen Unterklassen
Die Unterklasse hat 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 und Erweiterung ihrer Oberklasse.
Eine Unterklasse befindet sich auf einem niedrigeren Abstraktionsgrad als die Oberklasse.
Die Vererbung ist transitiv.
Eine Unterklasse kann selbst wieder Oberklasse sein. Dadurch ergibt sich eine Baumstruktur, die so genannte Vererbungsstruktur oderKlassenhierarchie.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200742
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
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200743
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()
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200744
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()
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200745
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()
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200746
Mehrfach-Vererbung
Typ, Farbe, kmh
beschleunigen()
bremsen()
Fahrzeug
PKW LKW anhängen() Schiff
Amphibien- Fahrzeug
Mehrfach-Vererbung ist in Java nicht möglich!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200747
Beschäftigen Sie sich insbesondere
mit allen Stellen, die im Skript mit
diesem Symbol markiert sind.
Study By Yourself!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200749
Was ist ein Modell?
• Ein Modell ist eine Vereinfachung der Realität.
• Wir könne ein komplexes Systemin seiner Gesamtheit nicht erfassen.Wir bauen deshalb Modelle, um das zuentwickelnde System besser zu verstehen.
• Prinzip „teile und herrsche“
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200750
Warum modellieren?
Beispiel: Der Bau einer Hundehütte
Man braucht nur einen Hammer, Nägelund ein paar Bretter, baut diese zusammen und der Hund ist glücklich.
� Kein Modellieren nötig!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200751
Warum modellieren?
Beispiel: Der Bau eines Hochhauses
• Ohne Planung und Arbeitsteilung unmöglich
• Viele Auflagen
• Sehr hohe Kosten
• Ansprüche der Mieter
���� Modellieren unumgänglich!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200752
Ziele der Modellierung
• Modelle helfen, ein System zu visualisieren, so wie es ist oder wie wir es wünschen.
• Modelle ermöglichen uns, die Struktur oder das Verhalten eines Systems zu spezifizieren.
• Modelle liefern uns eine Schablone, die uns beimKonstruieren eines Systems anleitet.
• Modelle dokumentieren die getroffenenEntscheidungen.
UML (Unified Modeling Language) ist eine Standardsprache zum Entwerfen von Softwaremodellen.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200753
Modellieren mit UML
• UML ermöglicht objektorientiertes Modellieren.
• Da UML standardisiert ist, können die Modelle von anderen Anwendern verstanden werden.
• UML ermöglich „Forward-Engineering“: Aus einem UML-Modell kann der Code einer Programmiersprache erzeugt werden (Java, C++...).
• UML ermöglich „Reverse-Engineering“: Aus dem Code einer Implementierung kann ein entsprechendes UML-Modell erzeugt werden.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200754
Modell-Typen in UMLEs ist sinnvoll, für die verschiedenen Sichtweisen auf ein System unterschiedliche Modelle zu verwenden.
Klassendiagramm Anwendungsfalldiagramm
KundenProgrammierer
Hier: Statiker
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200755
Sichtweisen auf das System
In UML können verschiedene Sichtweisen auf ein System anschaulich modelliert werden.
Für den Anwender (Kunde) existiert das Anwendungsfalldiagramm.
Das Klassendiagramm repräsentiert ein Model für den Code eines Systems und ist somit sehr hilfreich für den Programmierer. Aber es ist sehr technisch und deshalb nicht für alle Anwender geeignet.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200757
Einführendes Beispiel
• Wir wollen ein einfaches Modell für eine Flaschen-Pfandmaschine erstellen.
• Die Maschine soll eine Flasche aufnehmen, die Flasche prüfen und falls diese akzeptiert wurde, den Pfand ausgeben.
• Beispiel für eine reale Pfandmaschine z.B. im Aldi-Supermarkt.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200758
Flaschen-Pfandmaschine
Grundlegende Funktionsweise:
Kunde
Leergut
Geld oder Bon Pfandmaschine
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200759
Klassendiagramm
Pfandmaschine
geld: int
zahle(betrag: int)
Flaschen-Pfandmaschine
anzFlaschen: int
nimm_Flasche()
Flasche
groesse: float0...* 0,1
nimmt auf����
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200760
Anwendungsfalldiagramm
Beispiel Pfandmaschine
Pfandmaschine
KundeTechnikerin
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200761
Zustandsdiagramm
bereit
Fehler bearbeitend
Flasche aufnehmend
Fehler aufgetreten
Flasche abgearbeitet
Flasche am Sensor
Fehler behoben
Fehler nicht behebbar
(ZUSTAND)
(ÜBERGANG)
(START)
(ENDE)
Fehler aufgetreten
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200762
Sequenzdiagramm
PfandmaschineFlaschenmechanik
nimmEineFlasche()
habeFlasche()
ZE
IT
(acknowledgement)
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200763
Informationen zu UML
UML wurde aus mehreren Modellierungssprachen von Grady Booch, Jim Rumbaugh und Ivar Jacobsonentwickelt und ist seit dem Jahr 1997 von der OMG(Object Management Group) standardisiert.
Momentan ist die Version 2.1.1 aktuell:http://www.omg.org/technology/documents/formal/uml.htm
Einige interessante Links zu UML:
• UML Resource Page: www.uml.org
• Rational: http://www-306.ibm.com/software/rational/uml/
• OMG Homepage: www.omg.org
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200764
Literatur zu OO und UML
• Heide Balzert: „Lehrbuch der Objektmodellierung“, Spektrum AV
• B. Oestereich, C. Weiss, : „Objektorientierte Geschäftsprozessmodellierung mit der UML“dpunkt.verlag
• Grady Booch, Jim Rumbaugh, Ivar Jacobson: „Das UML Benutzerhandbuch“, Addison-Wesley
• Grechenig, Zuser: „SE mit UML und dem Unified Process“, Pearson
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200765
Tools für Diagramme in UML 2
Übersicht 100 UML Tools:
• www.jeckle.de/umltools.htm
Generierung von Code aus UML:
• z.B. Eclipse Omondowww.omondo.de