Informatik 10-1

1. Informatik 10-1

2. Themen • Objekte und Zustände • Algorithmen und Programme • Zustandsmodellierung • Interaktion • Generalisierung

3. Objekte und Klassen

4. Objekte Objekte sind Dinge (z.B. Autos, Räume), Lebewesen (z.B. Bakterien, Kunden) oder Begriffe (z.B. Buchungen, Konten). Jedes Objekt besitzt einen eindeutigen Objektnamen, auch Bezeichner genannt. Welche Eigenschaften eines Objekts wesentlich sind, hängt von der zu modellierenden Situation ab. Entsprechend werden Attribute und Attributwerte eines Objekts gewählt. Ein Objekt kann durch eine Objektkarte grafisch dargestellt werden.

5. Beispiel einer Objektkarte:

6. Methoden Ein Objekt bietet Dienste an, man sagt auch (öffentliche) Methoden.

7. Klassen Eine Klasse beschreibt Objekte mit gleichen Attributen und gleichen Methoden. Eine Klasse kann mit einer Fabrik verglichen werden, sie kann viele Objekte erzeugen. Die Attribute eines Objekts nehmen bestimmte Werte an. Die Methoden werden in der Klassenkarte notiert.

8. Beispiel einer Klassenkarte.

9. Aufgabe: Stelle die Klassen SCHÜLER und LEHRER gegenüber. Welche Attribute können sie gemein haben, wo gibt es Unterschiede Wie würdest du ganz allgemein die Klasse MENSCH beschreiben?

10. Datenflussdiagramme Datenflussdiagramme bestehen aus Ein- und Ausgaben (Rechtecke), Datenflüssen (Pfeilen) und geeigneten Diensten/Methoden (Ellipsen oder Rechtecken mit abgerundeten Ecken). Sie beschreiben, welche Daten und Methoden nötig sind, um eine Berechnung durchzuführen. Dabei kann es Eingaben geben, die ein Dienstnutzer bestimmt. Weiter kann es Eingaben geben, die vom Objekt selbst bereitgestellt werden, welches den entsprechenden Dienst anbietet.

11. Öffentliche Methoden (Dienste) eines Objekts können von Nutzern aufgerufen werden. Private Methoden stehen nur den Objekten einer Klasse selbst zur Verfügung. Sie können von anderen Nutzern nicht aufgerufen werden.

12. Algorithmen und Methoden

13. Nimmt man beim Vorliegen zweier ungleicher Zahlen abwechselnd immer die kleinere von der größeren weg, so müssen, wenn niemals ein Rest die vorangehende Zahl genau misst, bis die Einheit übrig bleibt, die ursprünglichen Zahlen gegeneinander prim sein.

14. Zur Bestimmung des größten gemeinsamen Teilers zweier ganzer Zahlen subtrahiert man die kleinere von der größeren und erhält ein neues Zahlenpaar aus der ursprünglich kleineren Zahl und dem Ergebnis der Subtraktion, mit dem man diesen Vorgang gegebenenfalls so lange wiederholt, bis man als Ergebnis der Subtraktion 0 erhält. Der letzte Subtrahend ist dann der ggT.

15. public class ggt { public int ggT(int a, int b ) { int k; int g; int d = 1; int h; if (a > b) { // Sortieren g = a ; k = b ; } else { g = b ; k = a; } if (a == b) { return (a) ; } while (g > k) { // Euklidischer Algorithmus d = g - k; g = d ; if (g < k) { h = g; g = k; k = h; } } d = g; return (d); } }

16. Unter einem Algorithmus versteht man eine endliche und eindeutig formulierte Verarbeitungsvorschrift, deren Operationen tatsächlich ausgeführt werden können. Für die Beschreibung kann eine natürliche oder auch eine künstliche Sprache (Programmiersprache) verwendet werden. Als Operationen können dabei z.B. Methodenaufrufe dienen. Diese Methoden kann man jeweils wiederum als Beschreibung eines Algorithmus betrachten.

17. Die Struktur von Algorithmen Neben elementaren Verarbeitungsschritten (z.B. println) treten auch zusammengesetzte Strukturelemente auf: Folgen von Verarbeitungsschritten, Verarbeitungsschritte, die nur unter bestimmten Bedingungen ausgeführt werden sollen sowie Wiederholungen von Verarbeitungsschritten.

18. Grafische Darstellung von Algorithmen • Mithilfe von Struktogrammen lassen sich die Strukturen von Algorithmen übersichtlich darstellen. • Wichtige Strukturelemente sind: • Sequenz • Bedingte Verarbeitungsschritte • Wiederholungen

19. Sequenz:

20. Bedingte Verzweigung

21. Wiederholung mit fester Anzahl von Wiederhlungen

22. Wiederholung mit Bedingung

23. Zusammenfassung: Neben elementaren Verarbeitungsschritten benötigt man für die Beschreibung von Algorithmen auch zusammengesetzte Strukturelemente: Sequenz Bedingte Verarbeitung Wiederholung Diese können beliebig verschachtelt werden. Struktogramme stellen de Struktur von Algorithmen grafisch dar.

24. Zustände von Objekten

25. Durch die Veränderung des Wertes eines Attributs wird der Zustand eines Objekts verändert.Diese Zustandsänderung kann durch unmittelbare Zuweisung eines neuen Wertes an das Attribut oder durch indirekte Wertzuweisung durch eine andere Methode ausgelöst werden.

26. Der Zustand eines Objekts wird durch die Gesamtheit der Werte aller seiner Attribute definiert. Ein Objekt ändert seinen Zustand, wenn sich der Wert mindestens eines seiner Attribute ändert (Zustandsübergang). Zwei Objekte der gleichen Klasse sind im gleichen Zustand, wenn sie in den Werten aller ihrer Attribute übereinstimmen.

27. Zahl der möglichen Zustände Ein Objekt habe n Attribute, a1, a2, ... an , die jeweils k1, k2, ....... kn verschieden Werte unabhängig voneinander annehmen können. Dann kann das Objekt K = k1 k2  ....  kn verschieden Zustände annehmen. Oft werden nicht alle möglichen Zustände angenommen (da sie z.B. zu Widersprüchen führen können).

28. Zustandsübergangsdiagramm am Beispiel Ampel

29. Diagramme und Beziehungen

30. Objekte sind oft durch Beziehungen miteinander Verbunden. Eine der häufigsten ist die Aggregation („Enthält Beziehung“), die ausdrückt, dass ein Objekt ein anderes enthält.

31. Objektdiagramme Die Beziehungsstruktur einer Menge von Objekten kann man übersichtlich durch ein Objektdiagramm darstellen. Dabei werden die Objekte in Form von Objektkarten dargestellt und die Beziehungen als Verbindungslinien dazwischen, die gegebenenfalls genau ein Objekt mit genau einem anderen verbinden. (Buch Seite 29f )

32. Informatik 10 - 2

33. Definition von Klassen / Wertzuweisungen Struktur von Klassendefinitionen Vergleicht man Klassendefinitionen mit Klassenkarten, so stellt man fest, dass sie den gleichen Aufbau haben. Eine Klassendefinition beginnt mit dem Klassenbezeichner, gefolgt von der Deklaration der Attribute. Danach kommen die Definitionen der Methoden für die Objekte dieser Klasse, in denen festgelegt wird, was bei der Ausführung dieser Methoden passieren soll. Ein Programm wird durch den Aufruf einer Methode gestartet, die eventuell weitere Methoden aufruft.

34. Definition und Deklaration Unter einer Definition versteht man die Festlegung einer neuartigen Struktur, z.B. einer neuen Klasse oder Methode. Eine Deklaration ist dagegen eine Vereinbarung auf der Basis bereits definierter Strukturen. So werden z.B. einem Attribut in seiner Deklaration lediglich ein Bezeichner und ein bereits vorher definierter Datentyp zugeteilt.

35. Zugriffsmodifikatoren Wird ein Attribut als privat markiert, so können nur Objekte der gleichen Klasse seinen Wert direkt lesen oder verändern. Eine private Methode kann nur von Objekten der gleichen Klasse aufgerufen werden. Dahinter steht der Wunsch nach Kapselung der Objekte, mit der man die inneren Strukturen von Objekten nach außen hin so weit wie möglich abgeschottet wird. Auf öffentliche Attribute bzw. Methoden können dagegen auch alle anderen Objekte zugreifen, d.h. Attribute lesen oder schreiben bzw. Methoden aufrufen. In der Regel definiert man Attribute als privat und Methoden als öffentlich.

36. Attributdeklaration • Die Klassendefinition beginnt mit der Festlegung der Attribute, die folgende Angaben enthalten: • Zugriffsrechte auf die Attribute (private oder public) • Datentyp des Attributs ( int, boolean, ....) • Bezeichner des Attributs (z.B. xPosition, farbe, ......)

37. Methodendefinition • Die Methoden bestehen selbst wieder aus einer Folge von Rechenoperationen oder Aufrufen anderer Methoden. Zusätzlich muss angegeben werden: • Zugriffsmodifikator ( public, private ) • Typ des Rückgabewertes ( z.B. int, double, ..... Void ) • Bezeichner der Methode • Liste der Parameter die von der Methode übernommen werden • Zwischen geschweiften Klammern die Beschreibung des Algorithmus, der beim Aufruf der Methode ausgeführt werden soll.

38. Konstruktor In jeder Klasse gibt es eine Methode,die den gleichen Beteichner trägt wie diese Klasse, jedoch wie alle Methoden mit Klammern versehen ist, z,B, summe(). Diese Methode heißt Konstruktor und dient zum Anlegen neuer Objekte.

39. Signatur einer Methode • Für den Aufruf der Methoden eines Objekts sind vor allem folgende Angaben notwendig: • der Bezeichner der Methode • die Anzahl und der Typ ihrer Parameter • der Typ des Rückgabewertes • Die Menge dieser Angaben nennt man die Signatur dieser Methode.

40. Schnittstelle Mit dem Begriff „Schnittstelle“ bezeichnet man die Beschreibung der möglichen Kommunikationsformen zwischen zwei Systemen. Unter den Schnittstellen einer Klasse versteht man die Menge ihrer öffentlichen Attribute sowie die Signaturen ihrer öffentlichen Methoden.

41. Ein objektorientiertes Programm besteht aus Klassendefinitionen, in denen Attribute und Methoden vereinbart werden. Dabei regeln die Zugriffsmodifikatoren, ob Attribute und Methoden nur von Objekten derselben Klasse bzw. ebenso von Objekten anderer Klassen benutzt werden können. Konstruktoren sind besondere Methoden zur Erzeugung von Objekten. Sie haben denselben Bezeichner, wie die Klasse. Ihr Rückgabewert wird nicht angegeben.

42. Wertzuweisung Die Wertzuweisung dient zur direkten Änderung des Werts eines Attributs. Sie wird (in vielen Programmiersprachen) durch das Operatorsymbol „ = „ dargestellt, das in der Mathematik zur Darstellung der Gleichheitsaussage verwendet wird. Gleichheitssymbol In Java verwendet man für die Gleichheitsaussage das doppelte Gleichheitszeichen „ == „.

43. Auf der linken Seite einer Zuweisung steht immer ein Attributbezeichner, auf der rechten Seite ein Term, dessen Wert berechnet und dem Attribut auf der linken Seite als Wert zugewiesen wird, z.B. radius1.laenge = 5 + 7 – 3 Eine Zuweisung ändert immer den Zustand eines Attributs, wenn sie diesem einen anderen Wert zuweist, als das Attribut vorher hatte. z.B. radius1.laenge = radius1.laenge + 5

44. Bei der Zuweisung geht der Wert, den das Attribut vorher hatte, verloren. Beispiel: Vertauschen der Werte zweier Attribute

45. Kommunikation mit Methoden Eingabe von Werten Methoden können Parameter anbieten, mit denen man ihnen Werte übergeben kann.

46. Ausgabe von Werten • Methoden verarbeiten während ihres Ablaufs Informationen. Für die Ausgabe der Ergebnisse dieser Verarbeitung gibt es im Wesentlichen drei Möglichkeiten. • Speicherung in einem Attribut des Objektes • Direkte Ausgabe • Definition des Ergebnisses als Rückgabewert

47. Der Ausgabewert kann in einem Attribut des Objektes gespeichert werden, zu dem die Methode gehört ( globales Attribut). Dieser veränderte Wert des globalen Attributs kann dann von anderen Methoden weiterverwendet werden.

48. Direkte Ausgabe von Werten am Bildschirm mithilfe spezieller Ausgabemethoden des Systems z.B (Java) System.out.println(...........);

49. Die eleganteste Art der Ausgabe ist die Definition des Ergebnisses als Rückgabewert der Methode. Die Methode kann dann als Funktion betrachtet werden, deren Wert das auszugebende Ergebnis der Berechnung ist. z.b. (Java) public int tuwas (int a, int b) { s = a + b; return (s); }

50. Lokale Variable Benötigt man neben den Attributen von Objekten weitere Datenspeicher für Zwischenergebnisse, die nach Abschluss der Berechnung nicht mehr benötigt werden, so verwendet man spezielle Variablen innerhalb von Methoden. Diese Variablen sind nur während des Ablaufs dieser Methoden definiert und heißen deshalb lokale Variablen. Nach Ende der Ausführung der Methode wird der dafür reservierte Speicherplatz wieder freigegeben.