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OOP und JAVAModul: Programmierung B-PRG
Grundlagen der Programmierung II
Professur für Datenbanken und Informationssysteme (FB 12)
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20082
Java EntwicklungsumgebungenEine Entwicklungsumgebung (Integrated DevelopmentEnvironment – 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 - SS20083
Free IDEs• Eclipse unter: www.eclipse.org
• NetBeans unter: www.netbeans.org
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20084
Java - API - Dokumentationhttp://java.sun.com/javase/6/docs/api/
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20085
Java – API: Klasse Applet
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20086
Java – API: Klasse Applet
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20087
Java – API: Klasse Applet
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20088
Programmstruktur:Klassen, Methoden und Variablenclass ClassName {
type variablenName = anfangswert ;rückgabeType methodenName(type parameter1, …){}
}
Ein erstes Beispiel:
class Student {int semester; int getSemester() {
return semester;}
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20089
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 - SS200810
Kurze Eclipse Vorführung!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200811
Literatur zu Java• Java Homepage Sun: http://java.sun.com
• Java API Specification: http://java.sun.com/javase/6/docs/api/
• Java Compiler JDK 6 update 5 und Virtuelle Maschine JRE: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 - SS200812
Java 2 - GeschichteUrsprung:„Green“-Project bei der Firma Sun Microsystems 1991Entwicklung 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 - SS200813
Java 2 - Varianten• Micro Edition (J2ME) für eingebettete Systeme, PDAs, Smart Phones etc.
• Standard Edition (J2SE)„normales“ JDK - Java Development Kit
• Enterprise Edition (J2EE - JEE)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 - SS200814
JDK PaketDas 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 - SS200815
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 - SS200816
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
JavaLibraries
Plattformunabhängigkeit von Java
Vorgehensweise bei Java (Java Virtual Machine)
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200817
Was ist Java?
Java =• Programmiersprache (OO)
• Virtuelle Maschine
• Bibliotheken
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200818
Plattformunabhängigkeit von JavaEigenschaften 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 - SS200819
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 - SS200820
JavaScript = Java ???
• Sieht aus wie Java - ABER
• wird anders verarbeitet (reine Skript-Sprache –kein Bytecode),
• bietet nicht so viele Möglichkeiten wie Java, wir mit HTML vermischt und dient meist nur zur Erweiterung der Web-Seiten-Funktionalität
• … also JavaScript ≠ Java
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200821
JavaScript Beispiel<html>
<head> <title>Test</title> <script type="text/javascript"> <!-- function Quadrat() { var Ergebnis = document.Formular.Eingabe.value *
document.Formular.Eingabe.value; alert("Das Quadrat von " + document.Formular.Eingabe.value + " = " + Ergebnis); }
//--> </script>
</head> <body>
<form name="Formular" action=""> <input type="text" name="Eingabe" size="3"> <input type="button" value="Quadrat errechnen" onclick="Quadrat()"> </form>
</body> </html>
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200822
Dateinamen (Endung)
• Quellcode auf *.java
• Compilierter Code auf *.class
• case sensitiveJava unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (auch im Quellcode)!
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200823
AppletsBeispiel:
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 - SS200824
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 - SS200825
Ausführen des Applets
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200826
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 ProgrammsAufruf: „java Hello“ (Ausgeführt wird immer die main-Methode!)Ausgabe: „Hello Students!“
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200827
EntwicklungsprozessProblem, die auftreten könnten beim Compilieren
• die Umgebungsvariablen PATH und CLASSPATH müssen gesetzt werden. Z.B. durch path=%path%;c:\jdk\binset 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 - SS200828
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 - SS200829
… kleine Vorführung!
30
Teil 2 – OOEinführung in die Objektorientierung
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200831
ObjektorientierungDas Objektmodell beschreibt „die Welt“als eine Menge interagierender Objekte.
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200832
Kurze Wiederholung von:• Objekt
• Klasse
• Attribute
• Methoden
• Identität eines Objektes
• Lebenszeit eines Objektes
• Vererbung
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200833
ObjektEin 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 - SS200834
KlasseEine 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 - SS200835
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 - SS200836
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 2000DA-XY 123
Typ Farbe km/h
PKW
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200837
MethodenMethoden
• 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 ZustandDestruktion löscht Zustand und zerstört ein Objekt
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200838
Verhalten eines ObjektesDas 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 2000DA-XY 123
Typ Farbe km/h
PKW
beschleunigen() bremsen()
VW Rot 60
BMW Gelb 100
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200839
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 - SS200840
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 - SS200841
Lebenszeit von ObjektenDie 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 - SS200842
Vererbung (Inheritance) in der OOPEigenschaften 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 - SS200843
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 - SS200844
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, kmhbeschleunigen() bremsen()
Kraftfahrzeug
LKW anhängen()
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200845
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, kmhbeschleunigen() bremsen()
Omnibus Stehplätze
Kraftfahrzeug
PKW LKW anhängen()
Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS200846
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 - SS200847
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 - SS200848
Beschäftigen Sie sich insbesondere mit allen Stellen, die im Skript mit diesem Symbol markiert sind.
Study By Yourself!
… bitte ein kleines Java-Programm selbst
schreiben!