Einführung in die objektorientierte Programmierung: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 15. Januar 2010, 13:16 Uhr

Lernpfad Einführung in die objektorientierte Programmierung Teil 1 der Lernpfadgruppe: Programmieren mit AntMe! Zeitbedarf: ca. 2-3 Unterrichtsstunden Material: Laufzettel Behandelte Themen: Objekte, Klassen, Algorithmus Datentyp, Modell

Grundbegriffe der Programmierung

Ingenieure und Entwickler strukturieren sich ihre Aufgaben, indem sie die Informationen aus einer objektorientierten Sichtweise betrachten. Dabei fassen sie alle Dinge, die in der realen Welt existieren, als Objekte auf, um ihre Problemstellung zu bewältigen. Wie wir später sehen werden, lassen sie ihre Objekte für sich arbeiten, indem sie ihnen ein bestimmtes Verhalten programmieren.

Objekte

Nehmen wir uns ein Beispiel: das Rennauto von Michael Schumacher aus seiner Weltmeistersaison 2004. Das Objekt hat verschiedene Attribute mit jeweiligen Attributwerten. In der ersten Zeile steht der Objektname, getrennt durch eine horizontale Linie folgen die Attribute mit ihren Attributwerten.

Lösung [Anzeigen][Verstecken]

• Gibt es eine Möglichkeit aus 6 Objekten "Fläche" den Körper Würfel zu bauen, egal welche Werte die Attribute haben? - Nein!

Begründung: Für den Bau eines Würfels müssen alle Flächen die gleiche Breite und Länge besitzen. Die Aufgabenstellung lässt eine Interpretation offen, bei der alle Flächen unterschiedlich sind, so dass kein Würfel gebaut werden kann.

• Gibt es eine Möglichkeit aus 6 Objekten "Fläche" den Körper Würfel zu bauen, wenn alle Flächen gleich sind? - Nein!

Begründung: Ein Gegenbeispiel lässt sich leicht überlegen. Mit einer Länge 3 cm und einer Breite 5 cm lässt sich kein Würfel bauen.

• Gibt es eine Möglichkeit aus 6 Objekten "Fläche" den Körper Quader zu bauen, wenn gilt: 2 Flächen mit Länge Breite 4 cm, 4 Flächen mit Länge 6 cm und Breite 4 cm? - Ja!

Begründung: Setzt man die 4 Flächen in einem Winkel von 90° an der Längskante (6 cm) zusammen, dann bildet sich mit den zwei anderen Flächen ein Quader.

Klasse

Sicherlich hast du in deinem Biologieunterricht verschiedene Tierarten behandelt. Genauso wie in der Tierwelt, werden in der Informatik Dinge mit gleicher Eigenschaft zu einer Klasse zusammengefasst. Wir können auch sagen, dass es das Grundgerüst eines (realen) Objektes ist. Dieses Grundgerüst gibt uns, wie bei den Objekten, bereits einige Attributfelder vor, die wir nun mit bestimmten Werten besetzen können. Mit dem Beispiel von Michael Schumacher wollen wir uns folgenden Unterschied klarmachen:
Jedes Rennauto ist auch ein Auto, aber nicht jedes Auto ist ein Rennauto. Nehmen wir an, dass die Klasse "Auto" schon existiert. Sie enthält schon Attribute , wie Baujahr, PS und Farbe. Andere Attribute, wie den Rennstall, müssen wir der Klasse "Auto" selbst hinzufügen.
Beachte in der nächsten Aufgabe, dass es noch Unterklassen gibt, wo der Begriff besser zuzuordnen ist.

Arbeitsauftrag

Bis jetzt haben wir uns nur mit den Objekten und Klassen beschäftigt. Um mit ihnen zu arbeiten, brauchen wir noch ein paar weitere Grundbegriffe aus der Informatik.

Algorithmus

Les dir zuerst die Defintion des Begriffes durch, bevor du dir das Beispiel zum besseren Verständnis anschaust.

Im Alltag eines Schülers ist der Tagesbeginn mit einem Algorithmus zu vergleichen. Vom Aufstehen bis zum Erreichen der Schule ist das eine feste Vorschrift, welche täglich durchgeführt wird:

1. Der Wecker klingelt.
2. Der Wecker wird ausgeschalten und das Licht angeschaltet.
3. Das Frühstück wird vorbereitet und anschießend gegessen.
4. Im Bad Zähne putzen.
5. Die Wohnung verlassen und per Bus/Bahn/Auto zur Schule fahren.
6. Die Schule ist erreicht.

Arbeitsauftrag

In beiden Algorithmen gibt es weitere Auffälligkeiten. Auf der einen Seite führt der Schüler Aktionen bzw. Tätigkeiten aus und auf der anderen Seite können wir den Schüler fragen stellen: Wie alt bist du? Hast du Hunger? In Zukunft wollen wir aus der Klasse "Schüler" Objekte erstellen und nennen sie schueler1, schueler2, usw.. Eine Aktion, die ein Objekt besitzt, wird Methode genannt. Methoden unterscheidet man in beobachtende und verändernde Methoden. Alle Methoden, die zu einem Objekt gehören, sind in der Objektkarte eingetragen.

Für den Schüler ergeben sich somit z.B. die verändernden Methoden schueler1.fruehstuecken(), schueler1. zaehnePutzen() und die beobachtbaren Methoden, schueler1.wieAltBistDu() (oder schueler1.getAlter()), schueler1.wieGrossBistDu() (oder schueler1.getGroesse(). Sie werden wie in der Grafik notiert.

Im Quellcode sieht es in etwa so aus:

schueler1.weckerAusschalten();
schueler1.fruehstuecken();

Arbeitsauftrag

Aufgabe   In der Objektkarte von Michael Schumacher fehlen noch passende Methoden für ein Rennauto. Erstelle dir selbst eine Objektkarte "Rennauto" und ergänze fehlende sinnvolle Attribute mit Attributwerten sowie mindestens 3 Methoden! Notiere sie auf deinem Laufzettel!

[Lösung anzeigen][Lösung ausblenden]

Es gibt verschiedene Lösungen für diese Aufgabe. Eine mögliche Objektkarte zeigt die Grafik.

Vielleicht haben sich bei dir Probleme beim Erstellen der Objektkarte ergeben. Es ist leicht passende Attribute für ein Objekt zu definieren. Schwieriger wird es bei den Attributwerten. In der Beispiellösung steht im Attribut "größe" der Wert "171 cm". Wenn wir uns zu Beginn darauf einigen, dass im Attribut nur eine Zahl steht, die der Körpergröße in "cm" entspricht, dann können wir die Einheit beim Speichern vernachlässigen. So ähnlich funktioniert das auch mit anderen sog. Datentypen.

Datentyp

Es gibt folgende Datentypen für unsere Programmiersprache C#:

Fangen wir wir mit der kleinsten Einheit an: 1 Bit (wahr ist 1, falsch ist 0). 1 Byte entsprechen 8 Bit. Von dem Datentyp byte wissen wir, dass der Wertebereich eine Größe von -128 - 127 hat. Eine sinnvolle Verwendung dieses Datentyps wäre das Attribut "alter" des Objekts "Schüler", denn es ist sehr unwahrscheinlich, dass ein Schüler älter als 127 Jahre wird.

Vererbung

Im Fall unseres Rennautos von Michael Schumacher möchten wir uns nun mit dem Begriff der "Vererbung" beschäftigen. Wir wissen bereits, dass ein Rennauto eine spezielle Form des Autos ist. Also können wir uns eine Klasse "Auto" mit folgenden Attributen und Methoden erstellen:

• Attribute: baujahr, hersteller, tankvolumen, laenge, breite, farbe, ...
• Methoden: beschleunigen(), bremsen(), lenken(), getBaujahr(), getLaenge(), getTankvolumen(), ...

Um dieses Klasse "Auto" zu spezifizieren, können wir uns eine neue Klasse "Rennauto" erstellen, die alle Attribute und Methode von der Klasse "Auto" erbt. In diesem Fall erbt die Unterklasse "Rennauto" alle Eigenschaften der Oberklasse "Auto". Zusätzlich fügen wir der Klasse "Rennauto" folgende Attribute und Methoden hinzu:

• Attribute: rennstall, heckspoiler, frontspoiler, ...
• Methoden: setFrontpoiler(), getFrontspoiler(), setHeckspoiler(), ...

Zum Schluss ist ein kleines Beispiel für eine Ober- und Unterklasse:

class Auto
{
  private int baujahr;
  private string hersteller;
  private short tankvolumen;
  private short laenge;
  private short breite;
  private string farbe;

  public void beschleunigen(Wert) { ... }
  public void bremsen(Wert) { ... }
  public int getBaujahr() { ... }
}

class Rennauto: Auto
{
  private string rennstall;
  private int frontspoiler;
  private int heckspoiler;

  public int getFrontspoiler() { ... }
  public int getHeckSpoiler() { ... }
}