Objektorientierte SW-Entwicklung ? OO als neuer methodischer Ansatz

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Objektorientierte SW-Entwicklung? OO als neuer
methodischer Ansatz

• Ausgangspunkt für die Aktualität des Themas
  Objektorientierung sind die praktischen
  Erfahrungen, die bei
• der Entwicklung der OO-Programmiersprachen (z.B.
  Smalltalk, C, Eiffel, etc.) sowie
• dem Einsatz objektorientierter Applikationen
  (z.B. Desktop-Oberflächen, Simulationssysteme,
  etc.)
• gesammelt wurden und bereits zu Beginn der 80er
  Jahre zur Etablierung des Begriffs
  objektorientierte Programmierung (OOP) führten.

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Objektorientierte SW-Entwicklung? OO als neuer
methodischer Ansatz

• Begonnen hat die Geschichte in den 70ern
• In der Programmiersprache SIMULA wurde das
  Klassenkonzept eingesetzt
• Der Begriff Objektorientierung wurde jedoch von
  Smalltalk geprägt, indem das Klassenkonzept von
  SIMULA übernommen wurde
• Smalltalk-76 sah Vererbungseigenschaften vor
• Ab ca. 1985 begann die Einbindung der
  objektorientierten Konzepte in die prozeduralen
  Programmiersprachen, wodurch sogenannten hybride
  Sprachen entstanden, wie z.B. C, Objective-C,
  Object Pascal, objektorientiertes COBOL.
• Als reine objektorientierte Sprache entstand z.B.
  Eiffel.
• Ab ca. 1988 wurde die Notwendigkeit erkannt, ein
  methodisches Vorgehen für die objektorientierte
  Analyse und das objektorientierte Design zu
  entwickeln.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? OO als neuer
methodischer Ansatz

• Das Bestreben, die Paradigmen der
  objektorientierten Programmierung (OOP) auf die
  frühen Phasen des Software-Lebenszyklus zu
  übertragen, war methodisch fruchtbar.
• Eine beachtliche Anzahl von Methoden zur
  objektorientierten Analyse (OOA) und zum
  objektorientierten Design (OOD) entstanden und
  entstehen immer noch, entweder
• als neue Technik mit eigenem Regelwerk, im
  Gegensatz zu konventionellen Techniken
  (revolutionärer Ansatz) (vgl. /Booch/, /Embley
  u.a./), oder
• als alte Technik modifiziert für die
  Objektorientierung (traditioneller Ansatz) (vgl.
  /Shlaer,Mellor/, /Rumbaugh u.a./) oder
• als Synthese des revolutionären und
  traditionellen Ansatzes (evolutionärer Ansatz)
  (vgl. /Coad,Yourdon/, /Martin,Odell/, /Wassermann
  u.a./).

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Der
grundsätzliche Unterschied

• In traditionellen Softwaresystemen arbeitet eine
  Reihe von Progammen oder Unterprogrammen auf
  einer Sammlung von mehr oder weniger in Beziehung
  stehender Daten. Dabei sind die Daten und die
  prozedurale Logik separate Komponenten.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Der
grundsätzliche Unterschied

• Das Konzept der Datenkapselung (encapsulation)
  sieht eine untrennbare Zusammenfassung von Daten
  und Funktionen, die ausschließlich zur
  Manipulation dieser Daten dienen, zu einer
  Einheit vor.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Der
grundsätzliche Unterschied

• Die Daten der Datenkapsel sind damit nur exklusiv
  von den dazugehörigen Funktionen, und von niemand
  anderem sonst, manipulierbar.
• Die Funktionen werden von der Datenkapsel dem
  Umfeld angeboten, um die Daten in der Datenkapsel
  lesen bzw. manipulieren zu können.
• Die künstliche Trennung von Daten und Funktionen
  der klassischen Anwendungssysteme wird somit
  aufgehoben.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Die Stärken
der OO-Methode

• bessere Beherrschung der Komplexität von Systemen
• Abbildung der Objekte der realen Welt und deren
  Kommunikation und (Re-)Aktionen
• entspricht damit menschlichen Denkweise
• einheitliche Darstellung des Systems in allen
  Entwicklungsphasen
• Förderung der Wiederverwendbarkeit von Teilen
  des Systems
• Modellierung von Gemeinsamkeiten und die
  Vererbung sorgen einerseits für eine
  Codereduktion, andererseits für die Bildung
  abstrakterer, mehrfach verwendbarer Klassen
• Zuverlässigkeit und Änderungsfreundlichkeit
• Langfristig sorgt die Wiederverwendung von
  vorhandenen und bereits getesteten Systemteilen
  für eine größere Zuverlässigkeit des Systems

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt

• Heute besteht weitgehend Einigkeit darüber,
  welche Elemente für die Objektorientierung
  erforderlich sind
• Objekt
• Nachricht
• Klasse
• Assoziation
• Aggregation
• Vererbung
• Polymorphismus

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt
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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt

• Die Einheit von Funktionen und Daten wird als
  Objekt (Instanz / object) bezeichnet.
• Objekte sind damit Ansammlungen von Daten bzw.
  Attributen (in einer Einheit), die auf Anstoß
  (Botschaften) von anderen Objekten mit der
  Ausführung von Funktionen bzw. Methoden
  reagieren.
• Attribute und Methoden können öffentlich oder
  privat sein. Öffentliche Attribute widersprechen
  dem Prinzip der Datenkapselung sie sind zu
  vermeiden und zum Glück in einigen
  Programmiersprachen (z.B. Smalltalk) verboten.
• Die öffentlichen Methoden ermöglichen die
  Kommunikation mit dem Objekt und legen sein
  Verhalten fest.
• Die privaten Methoden tragen ebenfalls zum
  Verhalten des Objekts bei, die privaten Attribute
  beschreiben den inneren Zustand des Objekts.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt

• Objekte haben Attribute
• Alle Daten, die den aktuellen Zustand eines
  Objektes repräsentieren und Bestandteil der
  Datenkapsel sind, werden als Attribute
  (attributes / Instanzvariablen / instance
  variables) bezeichnet.
• Attribute können elementare Elemente (z.B.
  NetzspannungInVolt INTEGER) oder auch wiederum
  Objekte (z.B. SpannungsWandler Transformator)
  sein. Jedem Attribut ist ein entsprechender
  (Daten-) Typ zugeordnet.
• Objekte können somit atomare Objekte (wenn sie
  nur elementare Attribute haben) oder
  zusammengesetzte Objekte sein (wenn sie
  mindestens ein Attribut haben, welches nicht
  elementar ist).

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt

• Objekte haben Methoden
• Die Funktionen zur Realisierung der
  Manipulationen der Attribute und / oder sonstiger
  Aktionsfolgen, die beim Empfang einer Botschaft
  im Objekt aktiviert werden, werden als Methoden
  (methods / Operatoren / operators / Dienste /
  services) bezeichnet.
• Sie erlauben den Zustand eines Objektes
  abzufragen, zu verändern und allgemein mit ihm zu
  kommunizieren.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt

• Objekte haben einen Zustand
• Objekte haben, über einen beliebigen Zeitraum
  betrachtet, unterschiedliche Zustände. Zu jedem
  Zeitpunkt weiß jedes Objekt, in welchem Zustand
  es sich gerade befindet. Der Zustand eines
  Objektes muß also in irgendeiner Weise im Objekt
  gehalten werden (Zustands-Attribute)
• z.B. die Zustände eines Fahrscheinautomaten
• Z1 bereit, wartet auf 1. Geldstück,
• Z2 wartet auf ein weiteres Geldstück.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt

• Objekte empfangen Botschaften von anderen
  Objekten
• Objekte leben nicht in der Isolation, d.h. sie
  haben ein Umfeld, von dem sie u.U. angesprochen
  werden
• Objekte müssen (sollten) sinnvoller Weise in der
  Lage sein, Anstöße aus dem Umfeld aufzunehmen,
  z.B. Eingabemöglichkeiten bei einem
  Fahrscheinautomaten
• Objekte sind (re-)aktionsfähig
• Wenn ein Objekt eine Botschaft empfängt, dann
  wird es abhängig von seiner ihm eigenen
  Verhaltensweise, also abgestimmt mit seinem
  jeweiligen Zustand, auf diese Botschaft reagieren
  
• Objekte senden Botschaften an andere Objekte
• Objekte, die ihren Zustand verändern bzw. auf
  empfangene Botschaften reagieren, senden ggf.
  wiederum Botschaften an andere Objekte

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Objekt

• Objekte sind konkrete Ausprägungen einer Art
• z.B. ist ein Fahrscheinautomat nur einer von
  vielen der gleichen Bauart, des gleichen Modells,
  des gleichen Typs. Dieser Fahrscheinautomat
  unterscheidet sich von seinen Brüdern durch seine
  eigene Identität, z.B. der Serien-Nr., seinen
  Standort und seinen aktuellen Zustand
• Bei Vernachlässigung dieser drei Aspekte ist er
  gleich, d.h. sogar identisch mit seinen Brüdern
• Objekte sind abstrakt beschreibbar
• Alle verbrüderten Fahrscheinautomaten haben die
  gleichen Eigenschaften und sind zu den selben
  (Re-) Aktionen fähig. Diese Eigenschaften und
  (Re-) Aktionen können losgelöst von einem
  konkreten Fahrscheinautomaten abstrakt, d.h. im
  Sinne einer Typdefinition für alle Objekte dieser
  Art, beschrieben werden

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-WeltObjekt

• Objekte haben eine Identität
• als Bestandteil des Objektes (z.B. die
  Seriennummer 100998), durch einen direkten
  Verweis auf das Objekt (z.B. der einzige
  Fahrscheinautomat) oder durch einen Selektivpfad
  für das Objekt (z.B. Berlin/Hauptbahnhof/Fahrschei
  nautomat/3)
• Objekte haben eine Lebensdauer
• Objekte, die nur zeitlich begrenzt existieren,
  also nicht die Laufzeit eines Anwendungsprozesses
  überleben, werden als temporäre, oder auch
  transiente, Objekte bezeichnet.
• Objekte, die die Laufzeit eines
  Anwendungsprozesses überleben, und somit in einem
  beliebig zeitlich nachfolgendem Prozeß des
  Anwendungssystems noch vorhanden sind, werden als
  persistente Objekte bezeichnet.
• In der Regel werden diese Objekte dann in
  Datenbanken oder in Dateien abgelegt und
  gespeichert.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Nachrichten

• Als Nachricht (message / Botschaft) wird der
  Anstoß zur Ausführung einer öffentlichen Methode
  bei Interaktion zweier Objekte bezeichnet.
• Eine Nachricht enthält einen Namen, die ihr Ziel
  identifiziert und, wenn erforderlich, Parameter.
  Sie ist vergleichbar mit einem konventionellen
  Funktionsaufruf.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Klassen

• Die abstrakte, d.h. objektunabhängige
  Beschreibung der Eigenschaften, Strukturen und
  Verhaltensweisen gleichartiger Objekte erfolgt in
  Klassen (classes / Objekttypen / object types).
• Die Klasse ist eine Schablone für Objekte. Ein
  Objekt wird durch Instanzbildung einer Klasse
  erzeugt.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Klassen

• Klassen werden definiert durch Methoden und
  Attribute
• Attribute sind ihrerseits nur durchMethodenaufrufe
  manipulierbar und die Methoden binden
  letztendlich die Algorithmen an die Attribute
• Auf diese Art und Weise wird die Unkenntnis des
  Benutzers von der Implementierung der Methoden,
  der Struktur dieser Attribute und der
  Speicherrepräsentation der Attribute erreicht
  (informationhiding, Objekte als black-box)

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Assoziation

• Assoziation ist eine bidirektionale Beziehung
  zwischen Objekten.
• Die Darstellung erfolgt analog zur Entity
  Relationship Modellierung
• Die Kardinalität definiert die Anzahl der
  Beziehungen
• Objekte können nur dann miteinander
  kommunizieren, wenn eine Assoziation zwischen
  ihnen definiert ist.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Aggregation

• Die Aggregation ist eine stärkere Form der
  Assoziation
• Es ist eine Ganzes-Teil-Beziehung (part of)
• Die Kardinalität gibt die jeweilige Anzahl der
  Teile an

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Vererbung (inheritance)

• Schon die Bezeichnungen Fahrschein-Automat und
  Blumen-Automat erinnern daran, daß diese Klassen
  gemeinsame Eigenschaften haben, die vergleichbar
  und teilweise sogar identisch sind, wie z.B.
• Das Attribut Zustand kann die Werte
  (eingeschaltet, bereit, wartet auf 1. Geldstück),
  (wartet auf weiteres Geldstück) und
  (ausgeschaltet) annehmen.
• Die Methode anschalten ändert den Zustand
  (ausgeschaltet) nach (eingeschaltet, bereit,
  wartet auf 1. Geldstück).
• Es liegt deswegen nahe, die Definition eines
  Objekttypen als Generalisierung, d.h.
  Verallgemeinerung, eines / mehrer Objekttypen,
  z.B. FahrscheinAutomat, BlumenAutomat --gt
  Automat, beziehungsweise die Definition eines /
  mehrer Objekttypen als Spezialisierung eines
  Objekttypen, z.B. Automat --gt FahrscheinAutomat,
  BlumenAutomat, abzuleiten.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Vererbung (inheritance)

• Generalisierung (generalization) Abstraktion
  (abstraction)
• Spezialisierung (specialization)
  Konkretisierung
• Generalisierung / Spezialisierung führt zu einer
  hierarchischen Anordnung der Klassen, zur
  Klassen- oder Vererbungshierarchie

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Vererbung (inheritance)

• Die in der Hierarchie höher stehende Klasse ist
  der Supertyp (supertype) bzw. die Oberklasse
  (superclass),
• die tiefer stehende Klasse ist der Subtyp
  (subtype) bzw. die Unterklasse (subclass).
• In der Klassenhierarchie werden die Methoden und
  die Instanzvariablen der (Super-) Typen (also
  z.B. Automat) an die Subtypen (z.B.
  FahrscheinAutomat, BlumenAutomat) vererbt, d.h.
  sie stehen dort zur Verfügung.
• In den Subtypen kann bei Bedarf eine beliebige
  Erweiterung der Anzahl von Methoden und / oder
  Attributen erfolgen. Bei Bedarf können auch die
  Methodeninhalte ersetzt oder modifiziert werden
  (Methoden-Redefinition).

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Vererbung (inheritance)

• Wenn eine Klasse die Eigenschaften einer Klasse
  erbt, dann liegt einfache Vererbung (single
  inheritance) vor.
• Erbt eine Klasse von mehreren Klassen, dann liegt
  Mehrfachvererbung (multiple inheritance) oder
  wiederholte Vererbung vor.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt abstrakte/konkrete Klassen

• Klassen, für die es keine realen Ausprägungen
  (sprich Objekte) gibt, werden als abstrakte
  Klassen (abstract class) bezeichnet.
• Fahrzeuge" ist eine solche abstrakte Klasse in
  der realen Welt wird es immer ein Objekt der
  Klasse Flugzeug, Straßenbahn, Segelboot o.ä.
  sein.
• Konkrete Klassen (concrete class) haben im
  Gegensatz zu abstrakten Klassen reale
  Ausprägungen, d.h. Objekte. Da gibt es z.B. in
  Berlin einen PkW mit der Nummer B-AD 2051.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt virtuelle Methoden

• Abstrakte Klassen erlauben, Methoden zu
  deklarieren, aber deren Implementierung noch
  offen zu lassen, sogenannte virtuelle Methoden (
  virtual method).
• Damit ist die Möglichkeit gegeben, Platzhalter
  (als Erinnerung) für Methoden-implementierungen
  bereits auf einer hohen Ebene der
  Vererbungshierarchie einzuführen, obwohl die
  eigentliche Implementierung erst auf den tieferen
  Ebenen der Vererbungshierarchie erfolgt.
• Z.B. kann eine Klasse Fahrzeuge bereits die
  Methoden anhalten und abfahren anbieten, aber die
  vollständige Implementierung erst bei den
  konkreten Klassen wie z.B. PkW erfolgen.
• Bei einer nicht-strengen Vererbung können die
  geerbten Methoden in den Subtypen überschrieben
  werden bei strenger Vererbung dagegen nicht.
  D.h. dort sind keine Methoden-Redefinitionen
  erlaubt.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Overloading, Polymorphismus
und Binden

• Das Overloading, auch funktionaler Polymorphismus
  genannt, erlaubt, daß Methoden, die gleiche
  Aufgaben an verschiedenen Typen von Objekten
  ausführen, den gleichen Methodennamen haben
  können.
• Polymorphismus (polymorphism) ist die Fähigkeit
  einer Objektvariablen zur Laufzeit Objekte des
  statischen Typs der Variablen (static type) oder
  Objekte von Subtypen des statischen Typs der
  Variablen (dynamic type) beinhalten zu können.

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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Polymorphismus und Binden
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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Terminologie und Notation
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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Terminologie und Notation
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Objektorientierte SW-Entwicklung ? Konzept und
Begriffe der OO-Welt Sichten auf das Modell

• Zur vollständigen Darstellung eines Systems
  reicht die Beschreibung der Objekte und ihrer
  Beziehungen nicht aus
• Weitere Darstellungen, teilweise aus der Welt der
  strukturierten Analyse, zur Modellierung
  verwendet
• Folgende Aspekte werden dargestellt
• statisch
• dynamisch
• funktional
• Klassen- bzw. Objektdiagramme
• Ereignisdiagramme (event trace diagram und event
  flow diagram)
• Zustandsübergangsdiagramme (state transition
  diagram)
• Datenflußdiagramme (data flow diagram)
• Nicht alle Betrachtungsweisen müssen vorliegen
• Das System muß für einen Außenstehenden
  verständlich sein