F2: Krav på objektorienterat språk

Transkript

1 Institutionen för datavetenskap Umeå Universitet F2: Krav på objektorienterat språk Objektorienterad programmering för ingenjörer, VT-04

2 Innehåll Krav på objektorienterat språk Avvägningar vid design av objektorienterat språk Lite historik och exempel Programmeringsspråket C++ Bakgrund Designmål Egenskaper UML

3 Krav Fyra krav måste vara uppfyllda Abstrakt datatyp Inkapsling Arv Polymorfism och dynamisk bindning

4 Abstrakt datatyp Abstrakta datatypen kallas ofta klass Data kallas attribut Funktionalitet ges med metoder Att anropa en metod kallas att skicka ett meddelande till ett objekt

5 Inkapsling Kunna gömma information Väldefinerade gränsytor Ändring av objektets tillstånd sker genom metoderna Ändring av intern representation förändrar inte gränsytan set(sx, sy, ex, ey) { //... as before set(sx, sy, ex, ey) { startx = sx; starty = sy; endx = ex; endy = ey; } startx, starty, endx, endy } len = sqrt((ex sx)^2 + (ey sy)^2) startx, starty, endx, endy, len length() { return sqrt((endx startx)^2 + (endy starty)^2) } length() { return len; }

6 Arv Funktionalitet för återanvändning Inom systemet Generella bibliotek Tredje-parts komponenter Ändring i befintlig kod skall ej behövas Kräver generell design av utvecklare

7 Arv En subklass ärver från en superklass (basklass) Åtkomst av basklassens attribut måste kunna styras -> inkapslingskravet. Åtkomstnivåer Metoder skall kunna omdefineras -> ingen ändring i redan skriven kod. Två sorters metoder och två sorters attribut Instansmetoder och -attribut Klassmetoder och -attribut

8 Abstraktionsmodell Förenklat: Kan ses som en samling datorer/objekt som kommunicerar via meddelanden. Varje objekt är en abstraktion av en dator I den mening att den lagrar data och kan manipulera det. Identifiera objekt -> simulera processer och kommunikation Objektorienterad programmering är att lösa problem genom att identifiera objekten i problemet och sedan simulera dem, dess processer och den nödvändiga kommunikationen

9 Avvägningar Vid design av ett objektorienterat språk måste man tänka på: Hur hanteras olika datatyper? Typkontroll? Statisk Dynamisk Minneshantering Explicit allokering Implicit allokering

10 Datatyper Primitiva datatyper Maskinnära typer, t.ex char, int, float, etc Sammansatta datatyper struct i C Abstrakta datatyper Attribut och metoder

11 Datatyper Tre sätt att angripa problemet med typsystemet: Den rena modellen, allt är objekt Utgå från ett imperativt språk och lägg till en objektmodell Objektmodell i botten men med imperativ stil för primitiva datatyper

12 Typkontroll Om språket skall vara starkt typat: Statisk typkontroll Restriktioner vid polymorfism Två sorters typkontroll vid metodanrop: Parametrarna måste stämma Returtypen likaså Alternativet är dynamisk typkontroll Vänta med kontrollen tills metoden anropas Kostsamt och försenar typkontrollen

13 Minneshantering Var allokera objekten? Tre sätt: Statiskt av kompilatorn Dynamiska objekt på stacken Eller på heapen Om heapen enda sättet Uniform metod Inga pekare som måste derefereras

14 Minneshantering Hur deallokeras objekten? Explicit Problem med dangling pointers Implicit Garbage Collection i någon form

15 Objektorienterade språk Historik Simula 67 Smalltalk 80 Procedurorienterad programmering Subprogram Programbibliotek Dataorienterad programmering Abstrakta datatyper Objektbaserade språk, föregångare till

16 Programmeringsspråk Rena objektorienterade språk Smalltalk Eiffel Java C++ och Ada stöder objektorientering Det går att programmera objektorienterat i C eller assembler, men: Inkapsling på fil-nivå finns Betydligt mer overhead för arv, polymorfism, m.m. Exempel är GTK och GLib

17 Programmeringsspråk public class Konto { private float saldo; } public float uttag(float belopp) { //... } Java class Konto { public: float uttag(float belopp) { //... } private: float saldo; } C++ class Konto creation make feature make is do print ( Hello World!%N ) end end Eiffel

18 Smalltalk-exempel Objekt subclass: #SixSidedDie instancevariablenames: 'top sides' classvariablenames: '' category: 'Gaming' sides ^ sides top ^ top toss ^ top _ ((Random new next) * sides) asinteger + 1 sides: nsides sides _ nsides. self toss. SixSidedDie class instancevariablenames: '' new: nsides ^ self new sides: nsides. Smalltalk

19 Bakgrund C++ Skapades av Bjarne Stroustrup ca 1982 Snabbast växande i programhistorien Språket utvecklas fortfarande ISO/IEC C++ Committee ANSI: J16 (förr X3J16) Bjarne Stroustrup

20 Rolig fakta? Fejkad IEEE-intervju cirkulerar på nätet påstås erkänna att C++ ett hemskt språk för att skriva ohanterbar (unmaintainable) kod. Bjarne kallade språket först C with classes I folkmun kallades det new C Vilket ledde till att C började kallas plain C, straight C, old C Det senare lät förolämpande så Bjarne döpte om språket till C++ Och varför just C++? ++ är inkrement-operatorn i C Utökning av C Blev officiell standard 14 november 1997 kl

21 Designmål C++ Kompatibelt med C Portabelt Bättre C Stöd för objektorientering Abstrakta datatyper Arv Polymorfism m.m. Effektiva program

22 Egenskaper C++ Hårdare typkontroll -> Säkrare program Referenstyp -> Blir mer lättläst Egendef typer, klasser -> Bygger ut språket Streams -> Säkrare I/O Arv -> Fundament i OO Dynamisk bindning -> Polymorfism Typparametrisering -> Generella mallar Undantagshantering -> Bra felhantering

23 Designval C++ Typsystem Utgått från imperativt språk och lagt till objektmodell Minneshantering Statisk allokering Dynamiska objekt på stacken Objekt allokerad på heapen Explicit allokering (new och delete)

24 Klasser och objekt, C++ Deklareras på liknande sätt som structs i C Två sätt att skapa objekt från en klass På heapen (med operatorn new) Som lokala (automatiska) variabler En klass två filer Header-fil (.h) och klassfil (.cc) Alt. kombinerat -> försvårar användning av klassen och minskar inkapsling Korsvis användning (mer om detta senare)

25 Hello World i C++ Mer under F

26 UML Unified Modeling Language Three amigos Grady Booch James Rumbaug Ivar Jacobsen Gav upp sina egna metoder för att uppnå standardisering

27 Fördelar Används i väldigt stor utsträckning inom industrin Brett användningsområde Väletablerad, beprövad teknik Väldokumenterat Fritt (ej företagsägt)

28 Mål Modellera system (inte bara mjukvaran) Koppla ihop koncept Hantera skalning Skapa ett språk som både människor och datorer kan förstå

29 Översikt Vyer Diagram Modellelement Generella mekanismer för kommentarer etc

30 Användningsfall Use cases Systemets funktionalitet som den upplevs av en extern användare (actor) Öppna konto Kund Ta ut pengar Bankman

31 Klassdiagram

32 Klassdiagram Dependency: Association: Aggregation: Composition: Generalisation: Realisation: A A A A A A B B B B B B

33 Objektdiagram

34 Tillståndsdiagram

35 Sekvensdiagram