Adatstruktúrák, algoritmusok, objektumok 3. Az objektumorientált paradigma alapelemei Objektum Osztály Példányosítás A konstruktor és a destruktor Osztályok közötti kapcsolatok
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
1
Objektum Definíció • Az objektum állapottal rendelkezı entitás, amely a benne tárolt adatok felhasználásával feladatokat hajt végre és egyéb objektumokkal kommunikál – Adatokat és algoritmusokat tartalmaz – Saját feladatait önállóan végzi • Saját „életciklussal” rendelkezik • A „külvilággal” meghatározott üzeneteken keresztül tartja a kapcsolatot
• Az objektum saját adatait mezıknek, beépített algoritmusait metódusoknak nevezzük – Az objektumok metódusaikkal vesznek részt az üzenetváltásokban – Az üzenetek elemei: célobjektum, metódus, paraméterek, eredmény
V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
2
2
Objektum Állapotok, viselkedés és azonosság • Az objektum állapotát mezıi aktuális értéke határozza meg – Az objektum állapota az elvégzett mőveletek hatására megváltozhat – Két objektum állapota akkor egyezik meg, ha minden megfelelı mezıértékük megegyezik – Az objektum mindig „megjegyzi” aktuális állapotát
• Az objektum viselkedését az általa ismert (az objektumba épített) algoritmusok határozzák meg • Minden objektum egyértelmően azonosítható – Az objektumok önállóak (saját életciklusuk határozza meg ıket) – Ha két objektum állapota megegyezik, maguk az objektumok akkor sem azonosak
V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
3
3
Osztály Definíció • Az osztály egy adott objektumtípust határoz meg annak adataival (mezık) és beépített algoritmusaival (metódusok) – Az osztályok egyfajta mintát, sablont adnak az objektumokhoz • Az osztályok tehát azonos adatszerkezető és viselkedéső objektumokat írnak le
• Minden objektum valamilyen létezı osztályba tartozik – Más kifejezéssel élve az egyes objektumok azon osztályok példányai, amelyekhez tartoznak – Egy osztályból több példány is létrehozható – Egy osztály összes példánya ugyanazokat a mezıket és metódusokat tartalmazza • Az egyes példányok létrehozásuk pillanatában azonos állapotúak, ezt követıen viszont önállóan mőködnek tovább • Léteznek az osztályra (és nem az egyes objektumpéldányokra) jellemzı mezık és metódusok is V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
4
4
Osztály Példa: az Autó osztály és két példánya (UML) Objektum (példány) Osztály (típus) Példányosítás
Autó
Mezıdefiníciók
Gyártó Típus Rendszám
Metódusdefiníciók
V1.1
EgyikKocsi : Autó Suzuki Ignis 4WD 5MT KQX-987
Mezıértékek
Objektum (példány)
Beindul() Leáll() Megy() Fordul() Szerviz()
MásikKocsi : Autó Lamborghini Murciélago LP640 KQX-988
… EgyikKocsi.Beindul(); EgyikKocsi.Megy(); MásikKocsi.Beindul(); …
Példányosítás
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
Mezıértékek
5
5
Objektumorientált szoftverciklus Elemzés, tervezés, megvalósítás • Objektumorientált elemzés (OOA) – A megoldandó feladat leírása osztályok és objektumok segítségével
• Objektumorientált tervezés (OOD) – A feladatleírás objektumközpontú részekre bontása (dekompozíciója) • Logikai modell – az osztályok és objektumok • Fizikai modell – a logikai modellt megvalósító modulok és folyamatok • Statikus és dinamikus jellemzık
• Objektumorientált programozás (OOP) – A modell megvalósítása egymással kommunikáló, dinamikusan létrehozott objektumok segítségével, melyek egy-egy osztály példányai • OO stílusú programokat bármilyen nem OO nyelven is lehet írni, csak nagyon nehéz
• Részletesebb, pontosabb információk késıbb (a szoftvertechnológiával foglalkozó tantárgyak keretében) V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
6
6
Metódusok általános típusai Objektumok létrehozása (példányosítás): konstruktor • Ahhoz, hogy az objektumokat használhassuk, elıször létre kell hozni ıket – Ez a mővelet a példányosítás – Alapja az osztály megadott definíciója – A példányosítást követıen érhetık el az objektumok metódusai és ekkortól érhetı el az objektumok mezıinek értéke
• A konstruktor egy olyan metódus, amelynek segítségével példányok (objektumok) hozhatók létre egy osztályból – Feladatai: • Új objektum létrehozása • Az objektumhoz tartozó mezık kívánt kezdıértékének beállítása • Egyéb szükséges kezdeti mőveletek végrehajtása
• Minden osztályhoz tartoznia kell konstruktornak – Ha külön nem definiálunk konstruktort, akkor is létrejön V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
7
7
Metódusok általános típusai Objektumok megszüntetése (felszámolás): destruktor • Az objektumokat az utolsó használat után fel kell számolni – Minden objektum külön-külön szüntethetı meg (önállóan léteznek)
• A destruktor egy olyan metódus, melynek segítségével létezı objektumok szüntethetık meg – Egyetlen feladata az objektum megszüntetése
• Az objektumok felszámolása lehet a programozó feladata vagy történhet automatikusan is – Egy objektum akkor számolható fel automatikusan, ha a késıbbiekben már biztosan nincs rá szükség – Az automatikus felszámolás fejlettebb és jóval kevésbé hibaérzékeny megoldás – Automatikus felszámolás esetén nincs feltétlenül szükség destruktorra
V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
8
8
Metódusok általános típusai Módosító, kiválasztó és iterációs metódusok • Módosító metódusok – Megváltoztatják az objektum állapotát
• Kiválasztó metódusok – Hozzáférést biztosít az objektum adataihoz, de nem változtatják meg ıket (így az objektum állapotát sem)
• Iterációs metódusok – Az objektum adatainak valamely részhalmazán „lépkednek végig”, és az adott részhalmazra vonatkozóan végeznek el mőveleteket
V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
9
9
Osztályok közötti kapcsolatok 1. Leszármazás (ún. „IS-A” kapcsolat) • Egy osztály leszármazottai „öröklik” az osztály jellemzıit – Rendelkeznek ugyanazokkal a mezıkkel – Tartalmazzák ugyanazokat a metódusokat – Ebben a specializációs kapcsolatban a leszármazottat „utódnak”, az eredeti osztályt „ısosztálynak” nevezzük
• A leszármazottak bıvíthetik az ısosztály adatait és algoritmusait – Új mezıket adhatnak a meglévıkhöz – Új metódusokat definiálhatnak – Meglévı metódusok mőködését módosíthatják
• A leszármazottak minden mőveletre képesek, amelyre az ısosztály képes volt – Az utódosztály példányai használhatók az ısosztály példányai helyett V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
10
10
Osztályok közötti kapcsolatok Példa: leszármazás (UML) Jármő Gyártó Gyártás ideje Típus Tulajdonos
Leszármazás
Beindul() Leáll() Halad() Szerviz()
Autó
V1.1
2006. október 10.
Hajó
Repülı
Meghajtás Rendszám
Merülés Hívókód
Szárnyfesztáv Hatótávolság
Beindul() Leáll() Halad() Fordul()
Beindul() Leáll() Halad() Elsüllyed()
Felszáll() Halad() Leszáll()
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
11
11
Osztályok közötti kapcsolatok 2. Asszociáció • Az asszociáció osztályok közötti tetszıleges típusú viszony – Általában az asszociáció konkrét elnevezése fejezi ki a viszonyt • Szerep (pl. az ember az autó tulajdonosa) • Cselekvés (pl. az ember vezeti az autót)
– Multiplicitás: vannak „egy-egy”, „egy-több” és „több-több” típusú asszociációk – Irányultság: az asszociáció lehet egy- vagy kétirányú
• Asszociációs kapcsolat áll fenn két osztály között, ha az egyiknek a saját helyes mőködéséhez ismernie kell a másikat – Példa: egy osztály használ egy másik osztályt (ún. „USES-A” kapcsolat)
V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
12
12
Osztályok közötti kapcsolatok Példa: asszociáció (UML)
Asszociáció
Iskola
alkalmaz
tanul 0..*
0..* Oktató
órán vesz részt
Hallgató birtokol Leckekönyv
V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
13
13
Osztályok közötti kapcsolatok 3. Aggregáció és kompozíció (ún. „HAS-A” kapcsolat) • Az aggregáció az asszociáció speciális esete: tartalmazási kapcsolat – A kapcsolat aszimmetrikus és tranzitív – A tartalmazó osztály példányai magukban foglalják a tartalmazott osztály egy vagy több példányát – A tartalmazó és a tartalmazott osztály egymástól függetlenül létezhetnek • A tartalmazott átveheti (de nem örökli) a tartalmazó egyes jellemzıit
• A kompozíció az aggregáció speciális esete: szigorú tartalmazási kapcsolat – Egy tartalmazottnak mindig csak egy tartalmazója lehet • Egy tartalmazó viszont tetszıleges számú tartalmazott példánnyal rendelkezhet
– A tartalmazó és a tartalmazott életciklusa közös V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
14
14
Osztályok közötti kapcsolatok Példa: aggregáció és kompozíció (UML) Ablak Varázsló
Kompozíció
Képnyomtató 1
1
Lista
Kép 5
Aggregáció
0..*
Gomb
3 Címke
Bélyegkép V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
15
15
Az OOP néhány csapdája Mire kell ügyelni az osztályok kialakításánál? • Rossz döntés az osztályok közötti kapcsolat típusának megválasztásánál – Pl. leszármazás helyett aggregáció vagy fordítva
• Leszármazási kapcsolat helytelen kialakítása – Az ısosztály túl keveset vagy túl sokat „tud”
• Önkéntelenül (nem látható módon) beépített feltételezések – Az ısosztály feltételez bizonyos állapotváltozásokat, a metódusok végrehajtási sorrendjét – ez nem biztos, hogy a leszármazottaknál is igaz lesz
• „Felduzzasztott” osztályok – A túl sok mezı és metódus, a túl hosszú metódusok azt jelezhetik, hogy valamilyen módon fel kell bontani az osztályt
• Elnevezési anomáliák V1.1
2006. október 10.
Miklós Árpád, BMF NIK, 2006
[email protected]
16
16