Metodyka programowania obiektowegoprpw.iem.pw.edu.pl/wyniki.21-3/mpo/mpo1.pdfMetodyka programowania obiektowego 18 PO: cel czy metoda Wiele źródeł przedstawia programowanie obiektowe

Metodyka programowania obiektowego


Zajęcia 1

Jacek Starzyński, IETiSIP PW


2

Program na dzisiaj

● Problemy inżynierii oprogramowania● Podstawy projektowania obiektowego: koncepcja

obiektu i klasy, ● Relacje pomiędzy obiektami, hierarchia, dziedziczenie● Projektowanie struktury klas. Karty CRC.● Klasy abstrakcyjne i interfejsy, abstrakcyjne typy

danych.● Kodowanie klas w Javie, narzędzia wspomagające na

przykładzie Netbeans.


3

Perspektywa użytkownikaDlaczego w instrukcjach do samochodów nie spotyka się tekstów: ,,Producent nie odpowiada za szkody spowodowane nieprawidłowym działaniem tego samochodu lub jego podzespołów” ?

Nie kupiłbym takiego samochodu... czemu więc płacę ciężkie pieniądze za programy, których instrukcje/gwarancje zawierają taki tekst ???


4

Dobry program● Robi to, co powinien (co najmniej)● Jest niezawodny● Jest mądrzejszy od użytkownika,

grzeczny i pomocny● Jest tani● Został napisany na czas● Łatwo go poprawiać


5

Co to jest program?

Algorytmy + Struktury Danych= Programy Niklaus Wirth, 1976

● Program to zapis algorytmów● Program działa w oparciu o dane● Relacje pomiędzy danymi,

a działającymi na nich algorytmami decydują o jakości programu


6

Jak to naprawdę wygląda?Pamięć Procesor


7

Abstrakcja?

AlgorytmAlgorytm

Struktury danych


8

Zły programSpaghetti code10 dim i20 i = 030 i = i + 140 if i 10 then goto 9050 if i = 10 then goto 7060 goto 3070 print "Program Completed."80 end90 print i & " squared = " & i * i100 goto 30

Przy większym problemie taki kod jest trudny do opanowania.

(Przy dostatecznie dużym problemie trudno jest zapanować nad dowolnym kodem.)


9

Kryzys programowania

● Oprogramowanie jest niezbędnym składnikiem otaczającego nas świata:● coraz większej liczby urządzeń● coraz większej liczby usług

● Oprogramowanie jest coraz bardziej złożone● Wykształcenie dobrego programisty wymaga

czasu.● Rynek nie chce na to czekać – potrzebuje

coraz większej liczby linii kodu natychmiast!


10

Kryzys programowania, cd.

● Programowanie jest w dużej części działalnością wyjątkowo innowacyjną● stosunkowo mało ,,szablonów''● łatwo eksperymentować i prototypować

● Z powyższego względu P jest sztuką

● Jeśli tak, to wykształcenie dobrego programisty jest procesem niepewnym


11

Czego uczy się programistów?

I have a small mind and can only comprehend one thing at a time. E. Dijkstra

KISS: Keep It Simple, StupidJedna z podstawowych zasad programowania

Nic nowego - ,,Brzytwa Ockhama'':Pluralitas non est ponenda sine

necessitate. Podobno Wiliam Ockham


12

Czego niekoniecznie uczy się...

Make everything as simple as possible, but not simpler.

Albert Einstein

For every difficult problemthere is always a simple answerand most of them are wrong.

Clayton R. Paul


13

Jak radzimy sobie z kryzysem?● Adaptujemy procedury inżynierskie do

tworzenia oprogramowania:● modelowanie● powtórne wykorzystanie sprawdzonych rozwiązań● modułowa budowa programów (upraszczanie złożoności)

● Tworzymy narzędzia wspomagające dobre praktyki:

● odpowiednie języki● odpowiednie programy● szablony (różnego rodzaju)

● Hierarchizujemy programistów: twórcy (architekci, projektanci) i użytkownicy


14

Procedury inżynierii: modelowanie


15

Procedury inżynierii: wzorce projektowe


16

Procedury inżynierii: budowa modułowa


17

Paradygmaty programowania

● Programowanie deklaratywne (logiczne,funkcyjne)

● Programowanie proceduralne (imperatywne)

● Programowanie obiektowe● Programowanie aspektowe


18

PO: cel czy metoda

Wiele źródeł przedstawia programowanie obiektowe jako cel sam w sobie, utożsamiając pojęcia "program obiektowy" i "program dobry".

Tymczasem PO jest po prostu najlepszą powszechnie wdrożoną metodą tworzenia dobrych programów, sprawdzającą się tym

lepiej, im większy jest projekt.

(ale PO nie jest idealne)


19

Paradygmat obiektowy Jest sprawdzonym sposobem działania, który wspomaga wspomniane metody wyjścia z kryzysu: wprowadza klasy - naturalne moduły programistyczne wspiera powtórne wykorzystanie sprawdzonego kodu umożliwia jego łatwe ulepszanie i dostosowywanie pozwala skalować poziom abstrakcji zwiększa bezpieczeństwo danych ułatwia wykorzystanie ,,cudzego'' kodu


20

Czym jest obiektowość?

● Program obiektowy jest zapisywany przy pomocy pojęć z dziedziny modelowanego zagadnienia

● Program obiektowy rozbija odpowiedzialność pomiędzy autonomiczne moduły o dobrze zdefiniowanej, rozłącznej funkcjonalności


21

Język modelowanego zagadnienia● Każdy program jest modelem pewnego

wycinka rzeczywistości.● Model może być mniej lub bardziej zbliżony

do zagadnienia, które opisuje.● Wyrazem tego ,,zbliżenia" są pojęcia

stosowane w programie – mogą one być albo bliskie dziedzinie problemu, albo specyficzne dla języka informatyki.

● Obiektowość polega na tworzeniu programów zapisanych w notacji dziedziny problemu (lub możliwie blisko niej).


22

Język C:node_t *(tree[256]);node_t *temp;

uint8_t *table;

unsigned long ocrncs[256];

int i;int j = 0;float fn = 0;

double x[1024];

JavaTree [] forest;Tree tmp;

Counter occurences= new Counter();

Pracownik [] za oga;ł

URL mojaStrona;

Connection con;

Statement stmt;

ArrayList myList;

Dane blisko dziedziny


23

Algorytmy blisko dziedzinyfor( Pracownik prac: Załoga) prac.konto.dodaj( Premia.luty( prac )); Stos korespondencja;while( skrzynka.niePusta() ) korespondencja.dodaj( skrzynka.ostPrzesyłka() );

Statement stmt = con.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE, ResultSet.CONCUR_READ_ONLY);ResultSet srs = stmt.executeQuery( "SELECT COF_NAME, PRICE FROM COFFEES");while (srs.next()) {

String name = srs.getString("COF_NAME");float price = srs.getFloat("PRICE");System.out.println(name + " " + price);

}


24

P proceduralne a P obiektowe

● Programowanie proceduralne:,,wojsko”

Jak relacje dowódca-żołnierze

● Programowanie obiektowe:,,uniwersytet”

Jak relacje profesor-doktoranci


25

Podział odpowiedzialności

Każdy obiekt jest odpowiedzialny za pewien wycinek

rzeczywistości.


26

Jak realizuje się obiektowość?● Program obiektowy jest z zasady zaprojektowany:

● najpierw ustalamy Co robimy?● potem: Jak to robimy?

● Program składa się z modułów, które są rozsądnie duże i złożone

● Podstawowe moduły realizowane są w postaci klas, które odpowiadają pojęciom z dziedziny problemulub w postaci grup klas (pakietów, komponentów)

● Klasy są narzędziem definiowania typów obiektów● Program składa się z obiektów posiadających stan

i zachowanie i komunikujących się ze sobą w celu rozwiązania problemu.


27

Klasy i obiekty● Klasa określa typ obiektu

● klasę możemy rozumieć jako (częściową lub pełną) definicję obiektów

● klasa to także zbiór obiektów mających wspólne zachowanie (i strukturę)

● Każdy obiekt posiada:● stan● zachowanie● tożsamość


28

Składnia klasypublic class Contact { private String name; private String contact; private Char icon; public Contact( String name, String contact, char icon ) { this.name= name; this.contact= contact; this.icon= icon; } public String getName() { return name; } public void setName( String name ) { this.name= name; } .....}


29

Java – język obiektowy

● Powstaje od początku lat 90-tych do chwili obecnej (ostatnie duże zmiany – 2004)

● Przy projektowaniu duży nacisk położono na: przenośność, obiektowość, prostotę (;-)

● Prosta składnia, złożone biblioteki :-(● Zyskał popularność jako narzędzie do

programowania w Internecie


30

Przenośność: kod pośredni i maszyna wirtualna

NativeCompiler

● Kod Javy jest najczęściej kompilowany do przenośnego kodu pośredniego

● Ten kod pośredni składa się z plików zawierających pojedyncze klasy

● Klasy są zwykle uruchamiane za pośrednictwem wirtualnej maszyny Javy (JVM)


31

Tworzenie programu

Edytor,CASE HelloWorld.java HelloWorld.class

public class HelloWorld { public static void main( String [] args ) { System.out.println( “Hello World!” ); }}

javac

$vi HelloWorld.java$javac HelloWorld.java$java HelloWorldHello World!$

JVM


32

Biblioteki, narzędzia


33

Przykładowa klasa

import java.util.*;public class BasisPoint { private double x, y; private long no; static private long lastNo= 0; public BasisPoint( double x, double y ) { no= ++lastNo; setPosition( x, y ); } public BasisPoint( BasisPoint o ) { no++; setPosition( o.x, o.y ); }...

konstruktor

przeciążanie


34

Przykładowa klasa, c.d.... public long getNo() { return no; } public double getX() { return x; } public double getY() { return y; } public void setPosition( double x, double y ) { this.x= x; this.y= y; }...

metody dostępowe( pamiętamy private double x, y; private long no; )


35

Przykładowa klasa, c.d.... public String toString() { return "bp" + no + "(" + x + "," + y + ")"; } public static long numberOfBP() { return lastNo; } public static void main( String [] args ) { Collection points= new LinkedList(); for( int i= 0; i < 10; i++ ) points.add( new BasisPoint( i, 10-i ) ); for( BasisPoint p : points ) System.out.println( p ); } }


36

Ćwiczenie 0

● Proszę wymyślić dowolną, prostą klasę● Proszę zapisać tę klasę w Javie● Proszę zaproponować sposób sprawdzenia

poprawności utworzonego kodu

● Proszę zastanowić się, czy nie lepiej najpierw wymyślić testy, a dopiero potem pisać kod. Dlaczego?


37

Klasa – jednostka kodu

● Klasa jest w Javie także podstawową jednostką uruchomieniową● uruchamiamy wybraną klasę● pozostałe klasy są doładowywane do JVM w

razie potrzeby● Klasa może być uruchamiana na różne

sposoby● standardowo – za pomocą metody main● ale są też inne sposoby (aplety, wątki, ...)


38

Metoda main, wyjątki, argumenty

public class Sum {public static void main( String [] args ) {

int sum = 0;for( String s : args ) {

try {sum += Integer.parseInt( s );

} catch( NumberFormatException e ) {System.out.println( s + "to nie liczba" );

}}System.out.printf( "---\nsuma = %d\n", sum );

}}


39

Projektowanie architektury

● Po pierwsze określenie pożądanej funkcjonalności● Przypadki użycia – interakcja użytkownik-system● Scenariusze – pojawiają się w nich pojęcia, które

przekształcimy w klasy● Po drugie obiektowa analiza dziedziny

● Obiektowy model dziedziny składa się z klas pojęciowych, ich atrybutów i powiązań między nimi


40

Przypadki użyciaUC1: Wystawienie faktury za studiaGłówny scenariusz

1.Sekretarz pragnie wystawić fakturę2.Sekretarz wpisuje nazwisko studenta3.System wpisuje wysokość wniesionej opłaty4.Sekretarz drukuje fakturę

Rozszerzenia3A.System nie może odnaleźć studenta

3A.1.System prosi o ponowne podanie nazwiska (powrót do 2)

2B.System odnalazł studenta, ale brak wpłaty3B.1.Koniec scenariusza (bez drukowania faktury)


41

Analiza obiektowaWarcaby

● W WARCABY gra dwóch GRACZY● GRA jest rozgrywana na PLANSZY● PLANSZA składa się z PÓL● Na POLU może stać tylko jeden PIONEK● GRA polega na wykonywaniu RUCHÓW

PIONKAMI● RUCHY wykonywane są przez GRACZY na

przemian● ...


42

Karty CRC

Class (Klasa)Responsibilities(Obowiązki)

Collaborators(Współpracownicy)

Kontakt

KontaktZarządza danymipojedynczegokontaktuKsiążkaTelefoniczna


43

Karty CRC-- przykład

ZadanieNapisać program, który przeczyta plik

składający się z wielu (ale bez przesady) linii opisujących wyniki sprawdzianu. Każda linia zawiera imię i nazwisko (studenta) oraz liczbę punktów uzyskanych na sprawdzianie. Program ma wystawiać oceny i wypisywać listę z ocenami. Powinien umożliwiać sortowanie listy według różnych kryteriów.

Waleria Skorupka 93Jan Kowalski 51Adam Nowak 99Zofia Grzyb 72Roman Leń 22

Zofia Grzyb 4Jan Kowalski 3Roman Leń 2Adam Nowak 5Waleria Skorupka 5

Skalaocen!


44

Przykład, c.d.


45

Ćwiczenie 1

Dobieramy się w zespoły 3-4-osobowe.Projektujemy klasy dla systemu KayakRodeoAnalizujemy trzy przypadki użycia:

● Zgłoszenie zawodnika● Wydruk listy startowej● Wprowadzenie oceny przejazdu


46

Narzędzia obiektowości

● Abstrakcja● Enkapsulacja● Dziedziczenie● Polimorfizm


47

Abstrakcja

System powinien wiedzieć o obiekcie tylko tyle, ile jest niezbędne do jego używania.

Każdy (prawie) obiekt jest autonomicznym elementem, który może wykonywać określone zadania i/lub zmieniać swój stan. Obiekt jest abstrakcyjny w tym sensie, że sposób realizacji jego zachowania jest ukryty przed resztą systemu (który widzi tylko interfejs obiektu).


48

Abstrakcja

komunikator.wyslij( tekst );

Abstrakcja wiąże się zdziedziczeniempolimorfizmem


49

Abstrakcja public class StringStack { public StringStack( int size ) { s= new String [ size ]; n= 0; } public void put( String o ) { if( n < s.length ) s[n++]= o; // else ??? } public String get( ) { if( n > 0 ) return s[--n]; else return ""; // ??? } private String [] s; private int n;}

import java.util.*;public class StringStack { public StringStack( int size ) {

s = new ArrayList; } public void put( String o ) { s.add( o ); } public String get( ) { if( s.size() > 0 ) return s.remove( s.size() - 1 ); else return ""; // ??? } private ArrayList s;}


50

Abstrakcja, c.d.public abstract class StringStack { public abstract void put( String o ); public abstract String get( );} import java.util.*;

public class ListStringStack extends StringStack //implements StringStack{ public void put( String o ) { s.add( o ); } public String get( ) { if( s.size() > 0 ) return s.remove( s.size() - 1 ); else return ""; // ??? } private LinkedList s= new

LinkedList();}

public interface StringStack { public void put( String o ); public String get( );}


51

Abstrakcja

komunikator.wyslij( tekst );

notes.zapiszAdres( koleg );


52

Abstrakcja, c.d.class MyStrStack

implements StringStack, Comparable {

private String [] s;private int p;MyStrStack( int size ) {

s = new String[size];p= 0;

} // implementacja StringStack

// implementacja Comparable}


53

Abstrakcja, c.d.class MyStrStack

implements StringStack, Comparable {

// implementacja StringStackpublic void put( String o ) {

if( p == s.length ) {String [] n = new String[2*p];for( int i= 0; i < p; i++ )

n[i]= s[i];s= n;

}s[p++] = o;

} ..... }


54

Abstrakcja, c.d.

class MyStrStack implements StringStack,

Comparable { // implementacja StringStack

..... public String get() { if( p > 0 ) return s[--p]; else return null; } ..... }


55

Abstrakcja, c.d.

class MyStrStack implements StringStack,

Comparable { // implementacja Comparable

..... public int compareTo( MyStrStack o ) {

return this.p - o.p; } ..... }


56

Abstrakcja, c.d.public interface Sequence { void rewind(); public bool hasNext(); public Object next();}

import java.util.*;class StringList implements Sequence { ... public void rewind() { idx= 0; } public boolean hasNext() { return idx < l.size(); } public Object next() { Object o= l.get( idx ); idx++; return o; } ...}


57

Korzyści z abstrakcji

zwiększa bezpieczeństwo kodu poprawia podatność kodu na zmiany ułatwia powtórne wykorzystanie kodu ułatwia programowanie w zespole


58

Enkapsulacja

Obiekty są hermetyczne:tworząc klasę programista w zasadzie

ukrywa co najmniej jej stan przed kodem nie należącym do klasy.

Klasy są hermetyczne:enkapsulacja rozumiana szerzej polega na

ukrywaniu wszystkich decyzji projektowych nieistotnych dla użytkownika obiektu.


59

Enkapsulacja stanupublic class Contact { private String name; private String contact; private Char icon; public Contact( String name, String contact, char icon ) { this.name= name; this.contact= contact; this.icon= icon; } public String getName() { return name; } public void setName( String name ) { this.name= name; } .....

enkapsulacja


60

EnkapsulacjaEnkapsulacja

stanu

Enkapsulacjatypów

Enkapsulacjaobiektów

Ukrywanieimplementacji


61

Narzędzia enkapsulacji w Javie

● Ograniczenie widoczności● private,package,protected,public

● Zasięg zmiennych● ograniczony do co najwyżej klas

● Restrykcyjna obiektowość● wszystko jest obiektem

● Interfejsy● znamy tylko deklaracje


62

Korzyści z enkapsulacji

zwiększa bezpieczeństwo kodu poprawia podatność kodu na zmiany ułatwia powtórne wykorzystanie kodu ułatwia programowanie w zespole


63

Dziedziczenie

Klasy (typy obiektów) mogą tworzyć hierarchie.

Hierarchie mogą być wykorzystywane do: eliminowania wspólnego (powtarzającego się) kodu, efektywnego rozszerzania funkcjonalności kodu.

Hierarchia jest naturalną relacjąwystępującą w realnym świecie.


64

Dziedziczenie

Uniknięcie powtarzania koduŁatwość dostosowywania istniejącego kodu do potrzeb


65

Dziedziczenie


66

Java:

● Wszystkie klasy mają wspólną nadklasę, która nazywa się Object● dostarcza pewnej podstawowej funkcjonalności● umożliwia tworzenie kodu obsługującego

wszystkie rodzaje obiektów● Możliwe jest tylko jednokrotne dziedziczenie● W przypadku, kiedy obiekt ma dziedziczyć

kilka funkcjonalności, musimy posłużyć się interfejsami


67

Polimorfizm

Dowolny obiekt z pewnej hierarchii może być traktowany jak inny obiekt stojący wyżej w tej samej hierarchii.

Polimorfizm pozwala traktować obiekty podobne w jednolity sposób: zmniejszenie i ujednolicenie kodu.

Polimorfizm ułatwia rozszerzanie kodu: dodanie nowego rodzaju obiektu w hierarchii nie musi powodować zmian w oprogramowaniu korzystającym z obiektów zdefiniowanych wcześniej.


68

Polimorfizmpublic static void printSequence( Sequence s ) { s.rewind(); while( s.hasNext() ) System.out.println( s.next() );}


69

Polimorfizm w Javie:

● domyślne późne wiązanie metod: decyzja, która metoda zostanie uruchomiona, jest podejmowana dopiero w czasie wykonywania programu● spowalnia wykonanie● można wyłączyć, deklarując metodę jako final

● polimorfizm dotyczy oczywiście zarówno hierarchii klas, jak i hierarchii interfejsów


70

Polimorfizm w Javie:

● ścisła typizacja pomimo późnego wiązania● typy parametryczne (generics)● restrykcyjne rzutowanie● nacisk na wykorzystanie interfejsów

● wspólny korzeń hierarchii klas ● jednokrotne dziedziczenie


71

Tworzenie programu● zaczynamy od projektu

● analiza: przypadki użycia, modelowanie dziedziny,karty CRC,

● model: diagramy klas (specyfikacyjne, implementacyjne), itd.

● standaryzujemy powiązania między klasami● wykorzystanie wzorców

● kodujemy pojedyncze klasy● klasa ma być autonomiczna

● możliwie wcześnie testujemy● pojedyncze klasy● zespoły klas


72

Projektowanie klas (1)


73



74



75



76

Generowanie kodu (1)


77



78



79



80



81

Generowanie kodu (6)package Data Model;import java.util.*;/** * @created 21-lut-2008 10:10:31 * @version 1.0 */public class Contact implements Comparable { private String name; private String contact; private char icon; public Contact(){ } public void finalize() throws Throwable { }...


82

Generowanie kodu (7) ... /** * @param name * @param contact * @param icon * */ public Contact(String name, String contact, char icon){ } public String getName(){ return ""; } /** * @param name * */ public void setName(String name){ }...


83

Edycja kodu package phonebook;import java.util.*;/** * @version 1.0 * @created 21-lut-2008 10:10:31 */public class Contact implements Comparable { private String name; private String contact; private char icon; /** * @param name - name of the contact * @param contact - tel. no., email or something alike * @param icon - icon to mark contact type, importance, etc. */ public Contact(String name, String contact, char icon ) { this.name= name; this.contact= contact; this.icon= icon; } public String getName(){ return name; }...


84

Edycja kodu - IDE


85

Ćwiczenie 2

● Proszę napisać program testowy używający stosu napisów (interface StringStack)

● Przetestować ten program z wykorzystaniem dwóch przykładowych implementacji

● Pliki do pobrania:● http://www.iem.pw.edu.pl/~jstar/studium/StringStack1.java● http://www.iem.pw.edu.pl/~jstar/studium/StringStack2.java

http://www.iem.pw.edu.pl/~jstar/studium/StringStack1.java

Slajd 1Slajd 2Slajd 3Slajd 4Slajd 5Slajd 6Slajd 7Slajd 8Slajd 9Slajd 10Slajd 11Slajd 12Slajd 13Slajd 14Slajd 15Slajd 16Slajd 17Slajd 18Slajd 19Slajd 20Slajd 21Slajd 22Slajd 23Slajd 24Slajd 25Slajd 26Slajd 27Slajd 28Slajd 29Slajd 30Slajd 31Slajd 32Slajd 33Slajd 34Slajd 35Slajd 36Slajd 37Slajd 38Slajd 39Slajd 40Slajd 41Slajd 42Slajd 43Slajd 44Slajd 45Slajd 46Slajd 47Slajd 48Slajd 49Slajd 50Slajd 51Slajd 52Slajd 53Slajd 54Slajd 55Slajd 56Slajd 57Slajd 58Slajd 59Slajd 60Slajd 61Slajd 62Slajd 63Slajd 64Slajd 65Slajd 66Slajd 67Slajd 68Slajd 69Slajd 70Slajd 71slide 2Slajd 73Slajd 74Slajd 75slide 6Slajd 77Slajd 78Slajd 79Slajd 80Slajd 81Slajd 82Slajd 83Slajd 84Slajd 85

Documents

Metodyka programowania obiektowegoprpw.iem.pw.edu.pl/wyniki.21-3/mpo/mpo1.pdfMetodyka programowania obiektowego 18 PO: cel czy metoda Wiele źródeł przedstawia programowanie obiektowe