software-engineering ii

1 TIT10AIK @ WS 2012

Software-Engineering II

Einführung / Objektorientierung


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Einführung» Objektorientierung» Aspektorientierung» Vorgehensmodelle» UML» Analyse- & Entwurfsmuster» Objektorientiertes Testen» Versionsverwaltung» Refactoring» Labor (Praktischer Teil)


Objektorientierung (OOP)Java ist auch eine Insel

Christian UllenboomGalileo Press

1478 Seiten

ISBN: 3-8362-1146-7(Deutsch)


Objektorientierung (OOP)

» Programmierparadigma (Prinzip)» Ziel: Nachbildung der realen Welt in Programmiersprachen» Klassen sind abstrakte Beschreibungen von Daten und Aktionen

» Objekte sind Instanzen von Klassen


Klassen und Objekte

» Es können beliebig viele Instanzen von Klassen (also Objekte) erstellt werden

» Der Zustand von Objekten wird durch Inhalte von Attributen (Variablen) bestimmt

» Durch das Ausführen von Methoden (Funktionen) kann der Zustand der Attribute geändert werden


Beispielclass DHBWStudent

{

String name;

String geburtsDatum;

double note;

void setName( String name )

{

this.name = name;

}

void setNote( double note )

{

this.note = note;

}

/* … */

}

class DHBWDozent

{

String name;



{

this.name = name;

}

void benote( BAStudent st )

{

st.setNote( … );

}

/* … */

}


Beispielclass DHBWStudent

{

String name;


double note;


{

this.name = name;

}

void setNote( double note )

{

this.note = note;

}

/* … */

}

class DHBWDozent

{

String name;



{

this.name = name;

}

void benote( DHBWStudent st )

{

st.setNote( … );

}

/* … */

}

gemeinsameEigenschaften


Vererbung Iclass DHBWPerson

{

String name;



{

this.name = name;

}

void setGeburtsdatum( String geburtsDatum )

{

this.geburtsDatum = geburtsDatum;

}

}

10 TIT10AIK @ WS 2012

Vererbung IIclass DHBWStudent extends DHBWPerson{

double note;

void setNote( double note ) { this.note = note; }

}

class DHBWDozent extends DHBWPerson{

void benote( DHBWStudent st ) { double note = Math.Random() * 5; note++; st.setNote( note ); }

}

class DHBWPerson

{

…

void setName( String name ) { … }

void setGeburtsdatum( String geburtsDatum ) { … }

}

11 TIT10AIK @ WS 2012

Packages» In vielen objektorientierten Programmiersprachen

kann man Klassen in Gruppen, sogenannten Packages, organisieren

» Ziele:» Strukturierung» Sichtbarkeitseinschränkung (durch Access Modifier)

» Achtung:» In Java wird jede Klasse, die keinem Package zugewiesen wurde dem default package zugewiesen

» Da dabei die Übersichtlichkeit im Projekt verloren geht, werden gute Package-Definitionen empfohlen

12 TIT10AIK @ WS 2012

Access Modifiers» Man kann in Java Klassen, Methoden und

Attributen die Access Modifiers public, protected oder private zuweisen:

» public Alle Klassen» protected Sub-Klassen, selbes Package» [ohne] Alle Klassen des Packages» private Aktuelle Klasse

13 TIT10AIK @ WS 2012

static

» Mit dem Schlüsselwort static markierte Methoden und Attribute sind nicht an eine Instanz einer Klasse gebunden

class DHBWDozent extends DHBWPerson

{

static double notenBereich[] = { 1, 6 }; // Verwendung eines Array für die Speicherung

static void benote( DHBWStudent st )

{

double note = Math.Random();

double spanne = DHBWDozent.notenBereich[1] – DHBWDozent.notenBereich[0];

note *= spanne;

note += DHWBDozent.notenBereich[0];

st.setNote( note );

}

}

14 TIT10AIK @ WS 2012

Exceptions (I)

» Tritt in einem Programm eine Ausnahme ein, kann diese mit der catch-Anweisung abgefangen werden

class Demo

{

public static void main( String[] args )

{

try {

// Datei öffnen o.ä.

} catch( java.io.FileNotFoundException e ) {

System.out.println( “Fehler!“ );

}

}

}

15 TIT10AIK @ WS 2012

Exceptions (II)» Exceptions können mit dem Befehl throw ausgelöst werden» Jede Exception muss von der Klasse java.lang.Throwable erben» Methoden, die Exceptions auslösen, müssen dies durch throws

bekanntgeben» Hat eine Methode eine Exception in throws notiert, muss jede

aufrufende Methode diese Exception mit try…catch behandeln» Dies macht es möglicht, dass in Java Fehler seltener zum

Programmabsturz führen

class Demo {

void f() throws MyException {

throw new MyException();

}

void x() {

this.f(); // nicht erlaubt ohne

// try…catch

}

}

class MyException

extends Exception {

// …

}

16 TIT10AIK @ WS 2012

Exceptions (III)» Fehler werden generell mit Exceptions signalisiert

» Bei normalen Operationen kann es auch zu Fehlerfällen kommen» NullPointerException (Bei Zugriff auf Null-Variable)» ArithmeticException (Bsp.: Division durch 0)» ClassCastException (Typecast auf falschen Klassentyp)» IndexOutOfBoundsException (Fehlerhafter Array-Zugriff)

» Damit man nicht um jede Zeile try..catch schreiben muss:» Unchecked Exceptions

» Müssen nicht mit throws deklariert werden» Erben von java.lang.RuntimeException» Beispiele: Siehe oben

» Checked Exceptions» Alle anderen Exceptions» Mit try..catch abfangen oder throws weiter werfen!

17 TIT10AIK @ WS 2012

Speicherverwaltung» Die Virtual Machine speichert Variableninhalte an zwei

verschiedenen Stellen:» Stack

» Die Menge des allokierten Speichers kann nicht geändert werden» Speichert primitive Datentypen» Funktioniert als Stapel und speichert die Variablen aller

Methoden in Reihenfolge» Heap

» Kann Elemente, die ihre Größe ändern, speichern» Objekte werden hier abgespeichert» Auf die Stelle des Objektes notiert der Stack eine Referenz

...int x = 12;boolean y = false;String z = “Hallo“;...

StackStack HeapHeap

0 1 2 ..FF0

..I: 00000012

B: FALSER: 00000100

1„Hallo“-String-Objekt

18 TIT10AIK @ WS 2012

Method Calls» Bei einem Methodenaufruf werden die Werte auf dem

Stack der aufrufenden Methode übergeben» Dadurch erhalten Methoden bei

» primitiven Datentypen den tatsächlichen Wert» Objekten eine Referenz auf das Objekt

» Nur wenn die aufgerufene Methode eine Referenz erhält hat sie Zugriff auf die ursprüngliche Variable und kann deren Inhalte verändern

void method1(){ int x = 12; String y = “Y“; method2( x, y );}

StackStack HeapHeap

0 1 2 ..FF0

..I: 00000012

R: 00000100

1„Y“-String-Objekt

I: 00000012

R: 00000100

m1{

m2{

19 TIT10AIK @ WS 2012

Garbage Collector» Java ist „Managed Code“» Die Speicherverwaltung wird vom System automatisch übernommen

» Vgl. C++: Jede auf dem Heap reservierte Speicherstelle muss explizit wieder freigegeben werden

» Bei Java erledigt dies der Garbage Collector» Stellen im Heap, auf die vom Stack aus nicht mehr referenziert werden, können entfernt werden

» Der Garbage Collector läuft regelmäßig im Hintergrund

20 TIT10AIK @ WS 2012

Speicherüberlauf

» Der Heap ist begrenzt:» Natürliche Grenze durch die Menge an Arbeitsspeicher

» Künstliche Grenze der Virtual Machine zum Schutz anderer Programme

» Wenn der Heap voll ist, wird der Garbage Collector explizit aktiviert

» Reicht die gewonnene Speichermenge nicht aus, schlägt die aktuelle Anweisung mit einem OutOfMemoryError fehl

21 TIT10AIK @ WS 2012

Konstruktor/Destruktor» Konstruktoren/Destruktoren sind Methoden, die beim

Erzeugen/Zerstören eines Objektes aufgerufen werden

» Um einen Konstruktor zu definieren, implementiert man in Java eine Methode, die den Namen der Klasse trägt

» Eigentliche Destruktoren gibt es in Java nicht, es wird jedoch die Methode finalize() aufgerufen, wenn ein Objekt vom Garbage Collector zerstört wird» Performance-Einbußen» Aufruf nicht garantiert

class BADozent extends BAPerson {

BADozent( String name )

{

/*

* Diese Methode wird aufgerufen, sobald

* eine neue Instanz dieser Klasse erzeugt wird.

*/

}

}

22 TIT10AIK @ WS 2012

Polymorphismusclass DHBWVerwaltung { void addPerson( DHBWPerson person ) {…} void bezahleGehalt( DHBWDozent dozent ) {…}}

DHBWVerwaltung verwaltung = new DHBWVerwaltung();

DHBWDozent dozent = new DHBWDozent( ); DHBWStudent student = new DHBWStudent();

verwaltung.addPerson( student ); // DHBWStudent: Subklasse von DHBWPersonverwaltung.addPerson( dozent ); // DHBWDozent: Subklasse von DHBWPerson

verwaltung.bezahleGehalt( dozent ); // DHBWDozent wird erwartet…verwaltung.bezahleGehalt( student ); // nicht erlaubt - DHBWStudent ist // keine Subklasse von DHBWDozent

Die Eigenschaft, dass man Subklassen an jeder Stelle statt ihrer Superklassen einsetzen darf, wird Polymorphismus genannt.

23 TIT10AIK @ WS 2012

Overriding

» Als overriding bezeichnet man das Überschreiben von vererbten Methoden

» Methoden, die final markiert sind, können nicht überschrieben werden

class DHBWDozent extends DHBWPerson{

public void setName( String name ) { super.setName(“[Dozent] “ + name); }

}

class DHBWPerson

{

private String name;

public void setName( String name )

{

this.name = name;

}

…

}

24 TIT10AIK @ WS 2012

Overloading» Mehrere Methoden mit demselben Namen können

in Java gleichzeitig deklariert werden:» Solange sie unterschiedliche Übergabeparameter besitzen

» Rückgabewerte sind hier nicht ausschlaggebend

class DHBWDozent extends DHBWPerson

{

void benote( DHBWStudent st ) {

this.benote( st, true );

}

void benote( DHBWStudent st, boolean fair ) {

float max = 6;

float min = fair ? 1 : 4;

st.setNote( ( Math.Random() * (max-min) ) + min );

}

}

25 TIT10AIK @ WS 2012

Abstrakte Methoden» Abstrakte Methoden enthalten keine Implementierung» Klassen, die abstrakte Methoden beinhalten, müssen

ebenfalls als abstrakt markiert werden» Abstrakte Klassen können nicht instanziert werden» Zweck: Subklassen von abstrakten Klassen implementieren

die abstrakten Methoden und bilden so eine instanzierbare Klasse

abstract class DHBWPerson { abstract void inVorlesungSein();}

class DHBWStudent extends DHBWPerson { void inVorlesungSein() { System.out.println( “Zuhören…“ ); }}

class DHBWDozent extends DHBWPerson { void inVorlesungSein() { System.out.println( “Erzählen…“ ); }}

26 TIT10AIK @ WS 2012

Mehrfachvererbung Iabstract class DHBWPerson {

abstract void inVorlesungSein(); public void setName( String name ) {…}

}

abstract class PartyPerson {

// jeder feiert auf seine Art abstract void feiern();

}

class Schueler extends PartyPerson { void feiern() { System.out.println( “Dance till 12…“ ); }}

27 TIT10AIK @ WS 2012

Mehrfachvererbung IIabstract class DHBWPerson {


}

abstract class PartyPerson {

// jeder feiert auf seine Art abstract void feiern();

}

class DHBWStudent extends DHBWPerson, PartyPerson { void inVorlesungSein() { System.out.println( “Zuhören…“ ); } void feiern() { System.out.println( “Dance all night…“ ); }}

class Schueler extends PartyPerson { void feiern() { System.out.println( “Dance till 12…“ ); }}

28 TIT10AIK @ WS 2012

Mehrfachvererbung III

» Java verbietet Mehrfachvererbung» Grund:

» Zwei Basisklassen implementieren eine gleich benannte Methode

» Überschreibt die Subklasse die Methode der Superklassen nicht, ist unklar, welche Methode verwendet werden soll

» Alternative: Interfaces» Alle Methoden sind automatisch abstrakt» Alle Attribute sind static und final

29 TIT10AIK @ WS 2012

Interfacesabstract class DHBWPerson {


}

interface PartyPerson {

// jeder feiert auf seine Art void feiern();

}

class DHBWStudent extends DHBWPerson implements PartyPerson { void inVorlesungSein() { System.out.println( “Zuhören…“ ); } void feiern() { System.out.println( “Dance all the night…“ ); }}

class Schueler implements PartyPerson { void feiern() { System.out.println( “Dance till 12…“ ); }}

30 TIT10AIK @ WS 2012

Generische Programmierung

» Bestandteil von Java seit 5.0» Dient dazu, Algorithmen möglichst unabhängig von den Datenstrukturen zu implementieren

» Ziel: Wieder verwendbare Bibliotheken

» Typsicherheit, da keine Typecasts

31 TIT10AIK @ WS 2012

java.util.Vector in Java 1.4

» Speichert eine Menge von Elementen» Wichtigste Methoden

» void addElement( Object element )» void removeElement( Object element )» Object elementAt( int position )» int size()

32 TIT10AIK @ WS 2012


» Der Return-Typ von elementAt(int) ist Object» Damit Klassenspezifische Methoden aufgerufen

werden können, ist ein Typecast nötig» Wird aus Versehen ein falsches Element

hinzugefügt, entsteht dann eine ClassCastException

void doSomething(){ Vector kurs = new Vector(); kurs.addElement( new DHBWStudent( ”Max Mustermann” ) ); kurs.addElement( new DHBWStudent( ”Klaus Müller” ) ); kurs.addElement( new DHBWDozent( ”Timo Holzherr” ) );

Object element = kurs.elementAt( 2 ); DHBWStudent stud = (DHBWStudent) element; stud.inVorlesungSein();}

Laufzeitfehler!!

33 TIT10AIK @ WS 2012


» Signatur der vorherigen Methoden» void addElement( <E> element )» void removeElement( <E> element )» <E> elementAt( int position )» int size()

» <E> steht für einen generischen Typ» „Generischer Typparameter“

» Beim Instanzieren des Vectors wird der Typ angegeben

34 TIT10AIK @ WS 2012


» Der Return-Typ von elementAt(int) ist <E>, also DHBWStudent

» Damit klassenspezifische Methoden aufgerufen werden können, ist kein Typecast nötig

» Es kann kein falsches Element hinzugefügt werden, dies würde in einem Compile-Error führen

» Bei Java 1.4 würde das Programm kompilieren aber mit einer Exception abstürzen

void doSomething(){ Vector<DHBWStudent> kurs = new Vector<DHBWStudent>(); kurs.addElement( new DHBWStudent( ”Max Mustermann” ) ); kurs.addElement( new DHBWStudent( ”Klaus Müller” ) ); kurs.addElement( new DHBWDozent( ”Timo Holzherr” ) );

DHBWStudent stud = kurs.elementAt( 0 ); stud.inVorlesungSein();}

Compile-Error!!

35 TIT10AIK @ WS 2012

Deklaration generischer Klassen

» Durch die Angabe einer Typvariable in der Klasse wird eine Klasse generisch

» Diese Typvariable kann jederzeit an Stelle eines Typs verwendet werdenclass MyClass<E> { public E forceNotNull( E element ) throws Exception { if( element == null ) { throw new Exception( ”Element ist null” ); } return element; }}

36 TIT10AIK @ WS 2012

Mehrere generische Typparameter

» Es können mehrere generische Typparameter eingeführt werden

» Bsp: java.util.HashMap<K,V>» K = Hash-Key» V = Hash-Value

class MyHashMap<K,V> { …}

37 TIT10AIK @ WS 2012

Generics und Polymorphismus

» Herkömmlicher Polymorphismus kann natürlich auch bei generischen Klassen verwendet werden

» Es können Subklassen der Parameterklasse eingesetzt werden

DHBWStudent student = new DHBWStudent( ”Max Mustermann” );DHBWDozent dozent = new DHBWDozent( ”Timo Holzherr” );

Vector<DHBWStudent> kurs = new Vector<DHBWPerson>();kurs.addElement( student );Kurs.addElement( dozent );

38 TIT10AIK @ WS 2012

Grenzen des Polymorphismus

» Polymorphismus gilt jedoch nicht für den generischen Typparameter

Vector<DHBWStudent> studs = new Vector<DHBWStudent>();Vector<DHBWPerson> persons = studs;

» Ist das Objekt Vector<DHBWStudent> einmal initialisiert, erwartet es Objekte vom Typ DHBWStudent oder von Subklassen dessen

» Könnte man es einer Variable vom Typ Vector<DHBWPerson> zuweisen, wäre es nun bspw. möglich, Elemente vom Typ DHBWDozent in den Vector zu legen, obwohl er im Objekt studs als Vector<DHBWStudent> verwendet wird

Nicht erlaubt

39 TIT10AIK @ WS 2012

Wildcards

» Mithilfe von Wildcards ist es möglich, den Typ frei zu lassen

» Der generische Typparameter der Klasse wird bei Return-Typen wie Object behandelt

» Sind generische Typen in Methodenparametern enthalten, so sind diese Methoden nicht mehr verwendbar

Vector<DHBWStudent> studs = new Vector<DHBWStudent>();Vector<?> persons = studs;

Object firstPerson = persons.elementAt( 0 );

persons.addElement( “A string is an object” );Nichterlaubt

40 TIT10AIK @ WS 2012

Upper Bound Wildcard» Wildcards ohne Typ sind oft zu unspezifisch» Der Return-Typ muss wie Object behandelt werden

» Wieder ist ein Type-Cast nötig» Mithilfe einer Upper Bound Wildcard kann angegeben werden, von welchem Typ der generische Parameter mindestens sein muss

Vector<DHBWStudent> studs = new Vector<DHBWStudent>();Vector<? extends DHBWPerson> persons = studs;

41 TIT10AIK @ WS 2012

Upper Bound Wildcard» Bei Return-Typen wird dann der generische Typ-Parameter (<E>) durch den Typ der Upper Bound Wildcard ersetzt

» Sind generische Typen in Methodenparametern enthalten, so sind auch bei Upper Bound Wildcards diese Methoden nicht mehr verwendbar

Vector<DHBWStudent> studs = new Vector<DHBWStudent>();Vector<? extends DHBWPerson> persons = studs;

DHBWPerson firstPerson = persons.elementAt( 0 );

persons.addElement( new DHBWDozent( “Timo Holzherr” ) );Nichterlaubt

42 TIT10AIK @ WS 2012

@Annotationen» Zusatzinformationen für Klassen und Methoden» Erlaubt Einbinden von Metadaten in den Quellcode» Bsp.

» @Override void toString(){...}» Diese Methode überschreibt eine Methode der Superklasse.

Sollte dies nicht der Fall sein, gibt der Compiler einen Fehler aus

» @Deprecated class MyJLabel { ... }» Kennzeichnet Klassen oder Methoden, dass sie nicht mehr

verwendet werden sollen» Wird oft von Frameworks verwendet » Beispiele:

» AspectJ: (e.g. @Before("call(* *.*(*))“)» JPA: @Column(name="uid", nullable=false, length=512)» JAX-WS: @Path("/customers") » JAX-B: @XmlRootElement(namespace="http://...")» Spring: @Inject

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