Adatstruktúrák, algoritmusok, objektumok 3. Az objektumorientált paradigma alapelemei Objektum Osztály Példányosítás A konstruktor és a destruktor Osztályok közötti kapcsolatok Miklós Árpád, BMF NIK, 2006 1
Objektum Definíció Az objektum állapottal rendelkező 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 mezőknek, beépített algoritmusait metódusoknak nevezzük Az objektumok metódusaikkal vesznek részt az üzenetváltásokban Az üzenetek elemei: célobjektum, metódus, paraméterek, eredmény 2 2
Objektum Állapotok, viselkedés és azonosság Az objektum állapotát mezői aktuális értéke határozza meg Az objektum állapota az elvégzett műveletek hatására megváltozhat Az objektum mindig megjegyzi aktuális állapotát Két objektum állapota akkor egyezik meg, ha minden megfelelő mezőértékük megegyezik Minden objektum egyértelműen azonosítható Az objektumok önállóak (saját életciklusuk határozza meg őket) Ha két objektum állapota megegyezik, maguk az objektumok akkor sem azonosak Az objektum viselkedését az általa ismert (az objektumba épített) algoritmusok határozzák meg 3 Példa: programozható időkapcsoló 3
Osztály Definíció Az osztály egy adott objektumtípust határoz meg annak adataival (mezők) és beépített algoritmusaival (metódusok) Az osztályok egyfajta mintát, sablont adnak az objektumokhoz Az osztályok tehát azonos adatszerkezetű és viselkedésű objektumokat írnak le Minden objektum valamilyen létező 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 mezőket és metódusokat tartalmazza Az egyes példányok létrehozásuk pillanatában azonos állapotúak, ezt követően viszont önállóan működnek tovább Léteznek az osztályra (és nem az egyes objektumpéldányokra) jellemző mezők és metódusok is 4 4
Osztály Példa: az Autó osztály és két példánya (UML) Objektum (példány) Meződefiníciók Metódusdefiníciók Osztály (típus) EgyikKocsi.Beindul(); EgyikKocsi.Megy(); MásikKocsi.Beindul(); Autó Gyártó Típus Rendszám Beindul() Leáll() Megy() Fordul() Szerviz() Példányosítás Példányosítás EgyikKocsi : Autó Suzuki Ignis 4WD 5MT KQX-987 Objektum (példány) MásikKocsi : Autó Lamborghini Murciélago LP640 KQX-988 Mezőértékek Mezőértékek 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 jellemzők 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 később (a szoftvertechnológiával foglalkozó tantárgyak keretében) 6 6
Metódusok általános típusai Objektumok létrehozása (példányosítás): konstruktor Ahhoz, hogy az objektumokat használhassuk, először létre kell hozni őket Ez a művelet a példányosítás Alapja az osztály megadott definíciója A példányosítást követően érhetők el az objektumok metódusai és ekkortól érhető el az objektumok mezőinek értéke A konstruktor egy olyan metódus, amelynek segítségével példányok (objektumok) hozhatók létre egy osztályból Feladatai: Új objektum létrehozása Az objektumhoz tartozó mezők kívánt kezdőértékének beállítása Egyéb szükséges kezdeti műveletek végrehajtása Minden osztályhoz tartoznia kell konstruktornak Ha külön nem definiálunk konstruktort, akkor is létrejön 7 7
Metódusok általános típusai Objektumok megszüntetése (felszámolás): destruktor Az objektumokat az utolsó használat után fel kell számolni Minden objektum külön-külön szüntethető meg (önállóan léteznek) A destruktor egy olyan metódus, melynek segítségével létező objektumok szüntethetők 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 későbbiekben már biztosan nincs rá szükség Az automatikus felszámolás fejlettebb és jóval kevésbé hibaérzékeny megoldás Automatikus felszámolás esetén nincs feltétlenül szükség destruktorra 8 8
Metódusok általános típusai Módosító, kiválasztó és iterációs metódusok Módosító metódusok Megváltoztatják az objektum állapotát Kiválasztó metódusok Hozzáférést biztosítanak az objektum adataihoz, de nem változtatják meg őket (így az objektum állapotát sem) Iterációs metódusok Az objektum adatainak valamely részhalmazán lépkednek végig, és az adott részhalmazra vonatkozóan végeznek el műveleteket 9 9
Osztályok közötti kapcsolatok 1. Leszármazás (ún. IS-A kapcsolat) Egy osztály leszármazottai öröklik az osztály jellemzőit Rendelkeznek ugyanazokkal a mezőkkel Tartalmazzák ugyanazokat a metódusokat Ebben a specializációs kapcsolatban a leszármazottat utódnak, az eredeti osztályt ősosztálynak nevezzük A leszármazottak bővíthetik az ősosztály adatait és algoritmusait Új mezőket adhatnak a meglévőkhöz Új metódusokat definiálhatnak Meglévő metódusok működését módosíthatják A leszármazottak minden műveletre képesek, amelyre az ősosztály képes volt Az utódosztály példányai használhatók az ősosztály példányai helyett 10 10
Osztályok közötti kapcsolatok Példa: leszármazás (UML) Jármű Gyártó Típus Tulajdonos Beindul() Leáll() Halad() Szerviz() Változatlanul örökölt mezők Új mezők Autó Gyártó Típus Tulajdonos Meghajtás Rendszám Hajó Gyártó Típus Tulajdonos Merülés Hívókód Repülő Gyártó Típus Tulajdonos Szárnyfesztáv Hatótávolság Változatlanul örökölt metódusok Módosított metódusok Új metódus(ok) Beindul() Leáll() Halad() Szerviz() Fordul() Beindul() Leáll() Halad() Szerviz() Elsüllyed() Beindul() Leáll() Halad() Szerviz() Felszáll() Leszáll() 11 11
Osztályok közötti kapcsolatok 2. Asszociáció Az asszociáció osztályok közötti tetszőleges 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 működéséhez ismernie kell a másikat Példa: egy osztály használ egy másik osztályt (ún. USES-A kapcsolat) 12 12
Osztályok közötti kapcsolatok Példa: asszociáció (UML) Asszociáció Iskola alkalmaz Oktató 0..* órán vesz részt tanul 0..* Hallgató birtokol Leckekönyv 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 jellemzőit A kompozíció az aggregáció speciális esete: szigorú tartalmazási kapcsolat Egy tartalmazottnak mindig csak egy tartalmazója lehet Egy tartalmazó viszont tetszőleges számú tartalmazott példánnyal rendelkezhet A tartalmazó és a tartalmazott életciklusa közös 14 14
Osztályok közötti kapcsolatok Példa: aggregáció és kompozíció (UML) Ablak Kompozíció Varázsló Képnyomtató Lista 1 Kép 1 Aggregáció 0..* Bélyegkép Gomb 5 3 Címke 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 ősosztály túl keveset vagy túl sokat tud Önkéntelenül (nem látható módon) beépített feltételezések Az ősosztály feltételez bizonyos állapotváltozásokat, a metódusok végrehajtási sorrendjét ez nem biztos, hogy a leszármazottaknál is igaz lesz Felduzzasztott osztályok A túl sok mező és metódus, a túl hosszú metódusok azt jelezhetik, hogy valamilyen módon fel kell bontani az osztályt Elnevezési anomáliák 16 16