Einführung in die Programmierung mit Java

1. Einführung in die Programmierung mit Java 8. Vorlesung WS 2003/2004

2. Übersicht • Generalisierung/ Spezialisierung • Modellierung mittels UML (vgl. GIS I) • Vererben von Variablen • Vererben von Methoden • Vererbung und Arrays • Typkonvertierung G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

3. Hausaufgabe: Summe der Dreiecksumfänge • Ergänzt die Klasse "Dreieck" so, dass mit einer Methode die Summe der Umfänge aller bisher erzeugten Dreiecke ermittelt und zurückgegeben werden kann. Erzeugt drei Dreiecke und gebt die Summe der Umfänge vorher und nachher aus. • Hinweis: • es bietet sich an, die Summe der Umfänge in einem statischen Attribut zu speichern G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

4. Besprechung: Summe der Dreiecksumfänge class Dreieck{ .... static double summeDerUmfaenge = 0; //Konstruktor Dreieck(double p1x, double p1y, double p2x,...){ .... summeDerUmfaenge = summeDerUmfaenge + umfang(); } double umfang(){...} static double summeUmfaenge(){return summeDerUmfaenge;} } //Benutzung: System.out.println(Dreieck.summeUmfaenge()); //liefert 0 Dreieck d1 = new Dreieck(1.7,6.4,5.8,4.3,6.2,9.4); Dreieck d2 = new Dreieck(6.2,1.4,3.9,7.4,8.2,1.8); System.out.println(Dreieck.summeUmfaenge()); //liefert Summe //der Umfänge der Dreiecke d1 und d2 G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

5. Abstraktion Klassenhierarchien (Generalisierung) • konzeptueller Hintergrund: Generalisierung  Spezialisierung • Spezifikation in UML (Unified Modeling Language): G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

6. Person Verwaltungs-angestellter spezieller Student Dozent Ordentlicher Student Gasthörer Beispiel zu Klassenhierarchien Ein Dozent ist eine Person Ein Student ist eine Person Ein Gasthörer ist ein Student G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

7. Klassenhierarchien in Java: Syntax Syntax: class UnterklasseextendsOberklasse{ . . . } Beispiel: Datei Person.java:class Person { . . . } Datei Student.java:class Student extends Person { . . . } G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

8. Klassenhierarchien in Java: Allgemeines • Eine Klasse hat höchstens eine Oberklasse (Einfachvererbung) • Eine Klasse kann beliebig viele Unterklassenbesitzen • Unterklassen können selber wieder Unterklassen besitzen • Die oberste Klasse in Java ist die Klasse Object • alle Klassen sind direkt oder indirekt (wg. Transitivität) Unterklassen von Object • wird bei der Klassendefinition kein extends-Schlüsselwort angegeben, so ist die neue Klasse automatisch direkte Unterklasse von Object G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

9. A B C Vererbung • Konsequenz aus Spezialisierung • Eine Unterklasse erbt alle Eigenschaften ihrer Oberklasse: • Eine Unterklasse erbt alle Attribute ihrer Oberklasse • Eine Unterklasse erbt alle Methoden ihrer Oberklasse • Vererbungsbeziehung ist transitiv • eine Unterklasse erbt die Variablen und Methoden aller darüber liegenden Oberklassen • wenn C Unterklasse von B ist und B Unterklasse von A, dann erbt C auch von A G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

10. Bsp. für Vererbung von Attributen & Methoden Attribute & Methoden der Klasse A class A { int aAtt; aAtt void aMethode(){...} aMethode()} class B extends A { int bAtt; aAtt, bAtt void bMethode(){...} aMethode(), bMethode()} class C extends B { int cAtt; aAtt, bAtt, cAtt void cMethode(){...} aMethode(), bMethode(), cMethode()} class D extends C { int dAtt; aAtt, bAtt, cAtt, dAtt void dMethode(){...} aMethode(), bMethode(), } cMethode(), dMethode() B C D G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

11. Konstruktoren bei Spezialisierung: Beispiel • class Person{ String nachname; Person(){nachname = "unbekannt";} Person(String nach){nachname = nach;} } class Student extends Person{ long matnr; Student() {nachname = "unbekannt"; matnr = -999;} Student(String nach, long matr){ nachname = nach; matrikelnr = matr;} } • Problem: Konstruktoren der Unterklasse wiederholen Befehle der Konstruktoren der Oberklasse G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

12. Konstruktoren bei Spezialisierung: Beispiel • class Person{ String nachname; Person(){nachname = "unbekannt";} Person(String nach){nachname = nach;} } class Student extends Person{ long matnr; Student() {nachname = "unbekannt"; matnr = -999;} Student(String nach, long matr){ nachname = nach; matrikelnr = matr;} } • Bessere Lösung: Konstruktoren der Unterklasse rufen Konstruktoren der Oberklasse auf • Verwendung der Methode super() • Der super()-Aufruf muss im Konstruktor immer die erste Anweisung sein und darf maximal einmal je Konstruktor benutzt werden G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

13. Konstruktoren: Beispiel mit Methode super • class Person{ String nachname; Person(){nachname = "unbekannt";} Person(String nach){nachname = nach;} } class Student extends Person{ long matnr; Student() {super(); matnr = -999;} Student(String nach, long matr){ super(nach); matrikelnr = matr;} } • super(....) ruft den Konstruktor der Oberklasse auf, der dieselbe Anzahl/Typ von Parametern hat. ruft Person() auf ruft Person(nach) auf G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

14. Übung im GIS-Labor • Implementiert die Klassen Person, Student und Mitarbeiter mit entsprechenden Konstruktoren, wobei Person Oberklasse der beiden anderen Klassen ist: • Personen haben als Attribute: • Vor- und Nachname • Studenten haben zusätzlich: • Matrikelnummer • Studiengang • Mitarbeiter haben zusätzlich • Namen des Instituts • zur Erinnerung: class Unter extends Ober { ... } • Der super()-Aufruf muss im Konstruktor immer die erste Anweisung sein und darf maximal einmal je Konstruktor benutzt werden G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

15. Typkompatibilität I • Referenzvariablen gehören zu Klassen und Objekte gehören zu Klassen • Frage: Welche Objekte dürfen welchen Referenzvariablen zugewiesen werden? • Antwort: Einer Referenzvariablen der Klasse K dürfen Objekte der Klasse K sowie aller Unterklassen von K zugewiesen werden. • Beispiel: Student s = new Student(); Person p = s; //OK, da Person Oberklasse von //Student ist G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

16. Typkompatibilität II • Der umgekehrte Weg geht nicht: • Einer Variablen der Unterklasse K kann kein Objekt ihrer Oberklasse zugewiesen werden (dem Objekt fehlen die für die Unterklasse spezifischen Eigenschaften) • Beispiel 1:Person p = new Person();Student s = p; //geht nicht, da nicht jede Person //ein Student ist • Beispiel 2:Student s1 = new Student();Person p = s1; //s1 wird als Person angesehenStudent s2 = p; //geht nicht, da nicht jede Person //ein Student ist G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

17. Typkompatibilität: Zulässige Attribute/Methoden • Welche Attribute/Methoden können verwendet werden? • Es können nur die Attribute/Methoden der Klasse der Referenzvariablen verwendet werden, nicht die der Klasse des Objekts • Beispiel:Student s = new Student();Person p = s; //Student p wird als Person angesehenp.nachname = "Schmitz"; //OK, da nachname Attribut //von Person istp.matrikelnr = 123456; //geht nicht, da matrikelnr //kein Attribut von Person //ist • p zeigt zwar auf ein Objekt der Klasse Student (mit matrikelnr), dieses Objekt wird jedoch wie eine Person behandelt. Personen haben i. Allg. keine matrikelnr. G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

18. Vererbung und Arrayelemente: Beispiel • Für die Verwaltung des Hochschulsports sollen Studenten, Mitarbeiter und Externe in einem Array gespeichert werden. • Welchen Elementtyp hat das Array? • 1. Ansatz: Elementtyp Object: Object [] hsspArray = new Object[200]; hsspArray[0] = new Student("Schmitz"); hsspArray[1] = new Mitarbeiter("Meyer"); hsspArray[2] = new Person("Schulz"); //Durchsuchen nach Person namens "Schulz": for(int i = 0 ; i < 3 ; i = i + 1) if( hsspArray[i].name.equals("Schulz"))... //geht nicht • Problem I: Object hat kein Attribut "name" • Problem II: in Array kann alles (jede Unterklasse von Object) hereingesteckt werden • Klasse zu allgemein G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

19. Exkurs: Gleichheit von Strings • Beispiel:String a = "Abc";String b = "Abc";if( a == b ) .... // a == b muss nicht gelten (hängt // von Compiler/Interpreter ab) • Problem: "==" überprüft Gleichheit der Referenz (des String-Objekts), nicht des Werts (der Zeichenkette) • Besser: Methode equals von String:if( a.equals(b) ) // wahr, wenn beide Zeichenketten // gleich sind G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

20. Vererbung und Arrayelemente: Beispiel • Für die Verwaltung des Hochschulsports sollen Studenten, Mitarbeiter und Externe in einem Array gespeichert werden. • Welchen Elementtyp hat das Array? • 2. Ansatz: Elementtyp Student Student [] hsspArray = new Student[200]; hsspArray[0] = new Student("Schmitz"); hsspArray[1] = new Mitarbeiter("Meyer"); //geht nicht • Problem: ein Mitarbeiter ist kein Student • Klasse zu speziell G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

21. Vererbung und Arrayelemente: Beispiel • Für die Verwaltung des Hochschulsports sollen Studenten, Mitarbeiter und Externe in einem Array gespeichert werden. • Welchen Elementtyp hat das Array? • 3. Ansatz: Elementtyp Person: Person [] hsspArray = new Person[200]; hsspArray[0] = new Student("Schmitz"); hsspArray[1] = new Mitarbeiter("Meyer"); hsspArray[2] = new Person("Schulz"); //Durchsuchen nach Person namens "Schulz": for(int i = 0 ; i < 3 ; i = i + 1) if( hsspArray[i].name.equals("Schulz")) ... //OK • Person hat Attribut "name" • Funktioniert dank Vererbung (Mitarbeiter und Student sind Unterklasse von Person) • Auch Mitarbeiter und Student werden als Person angesehen G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

22. Typkonvertierung zwischen Klassen • Beispiel: In dem Hochschulsportarray (Elementtyp: Person) soll der Student mit der Matrikelnummer 1234 gesucht werden • Problem: Personen haben keine Matrikelnummer • Lösung: Typkonvertierung von Person zu Student: Person [] hsspArray = new Person[200]; ....... Student s = (Student)hsspArray[i]; if( s.matrikelnr == 1234 ) ...} • Vgl. Typkonvertierung von double zu int in Vorlesung 2 • Vorsicht: Typkonvertierung ist nur erlaubt, wenn Referenzvariable (hsspArray[i])tatsächlich auf ein Objekt vom Typ Student (oder einer Unterklasse von Student) verweist • Wie ermittelt man, ob ein Objekt zu einer bestimmten Klasse gehört? G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

23. Object Person Student Ermittlung der Klassenzugehörigkeit • Wie ermittelt man, ob ein Objekt zu einer bestimmten Klasse gehört? • boolescher Operator instanceof • Syntax: referenzvariable instanceof Klassenname • liefert true, wenn referenzvariable auf ein Objekt der Klasse Klassenname oder einer Unterklasse von Klassenname verweist • Beispiel (Student Unterklasse von Person):Person p = new Person();Student s = new Student();Object o = p;if( o instanceof Person ) ... //liefert true if( o instanceof Student ) ... //liefert false o = s; if( o instanceof Person) ... //liefert true if( o instanceof Student ) ... //liefert true G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

24. Bsp: Suchen nach Matrikelnummer • Beispiel: In dem Hochulsportarray (Elementtyp: Person) soll der Student mit der Matrikelnummer 1234 gesucht werden Person [] hsspArray = new Person[200]; hsspArray[0] = new Student("Schmitz"); hsspArray[1] = new Mitarbeiter("Meyer"); hsspArray[2] = new Person("Schulz"); .................... //Durchsuchen nach Student mit Matrikelnr 1234 for(int i = 0 ; i < hsspArray.length ; i = i + 1) { if( hsspArray[i] instanceof Student) { Student s = (Student) hsspArray[i]; //Typkonvert. if( s.matrikelnr == 1234 ) .... } } G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

25. Übungsaufgabe • Schreibt ein Programm, das in dem Hochschulsportarray (Elementtyp: Person) die Anzahl der Studenten ermittelt. • Hinweise: • Person [] hsspArray = new Person[200]; • hsspArray[0] = new Student("Schmitz"); G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04

26. Hausaufgabe • Ergänzt die vorgestellten Klassen „Person“, „Student“ und "Mitarbeiter" um die Klasse „Dozent“ (Unterklassen von Person). Die Unterklasse „Dozent“ soll dabei noch weiter in „Professor“ und „Assistent“ unterschieden werden. • Erzeugt ein Objekt jeder Klasse und initialisiert dieses mit Beispieldaten. • Erzeugt ein Array, das Professoren und Assistenten speichert. Füllt dieses mit einigen Objekten. G. Gröger - Einführung in die Programmierung mit Java - 1. Semester - WS 03/04